2 Architecture matérielle

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A RCHITECTURE MATÉRIELLE ET LOGICIELLE

L’ordinateur en quelques étapes avec différentes technologies :

Boules sur tiges Roues dentées - ressorts Carte perforée Electro-aimants

Boulier Pascaline de. . . Métier à tisser Enigma

chinois Blaise Pascal ! (1645) de Jacquard (1793) Arthur Scherbius (1918)

Electro-aimants Tubes à vide Transistors Microprocesseur

Z3 - Konrad Zuse (1937) ENIAC (1943-1946) IBM 608 (1954) Intel 4004 (1969)

Objectifs

A la fin de la séquence d’enseignement les élèves doivent être familiarisés :

• aux principaux composants d’une machine numérique telle que l’ordinateur personnel, une tablette, etc : sources d’énergie, mémoire vive, mémoire de masse, unité centrale, périphériques d’entrée-sortie, ports de

communication avec d’autres composants numériques

• à la manipulation d’un système d’exploitation (gestion des ressources, essentiellement : organisation des fichiers, arborescence, droits d’accès, de modification, entrées/sorties)

Table des matières

1 Introduction 2

1.1 Quelques définitions . . . . 2 1.2 Le traitement des données à travers les âges. . . . 2

2 Architecture matérielle 3

2.1 Architecture de Von Neumann . . . . 3 2.2 Les différents types de mémoire . . . . 3 2.3 Composition actuelle d’un ordinateur . . . . 4

3 Architecture logicielle 5

3.1 Systèmes d’exploitation . . . . 5 3.2 Organisation d’un disque dur . . . . 5

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1. INTRODUCTION 2/6

1 Introduction

1.1 Quelques définitions

Le Bulletin Officiel de l’Education Nationale (B.O.E.N du 26/02/1981 n^◦ 8) donne une définition de l’informatique (contraction entre information et automatique) :

DÉFINITION: Informatique

L’Informatique est la science du traitement rationnel, notamment par machines automatiques, de l’information considérée comme le support des connaissances humaines et des communications dans les domaines technique, éco- nomique et social

Mais alors, machines automatiques = ordinateurs ? Tablettes ? smartphone ?

DÉFINITION: Ordinateur (Portail Lexical - CNRTL)

Machine algorithmique composée d’un assem- blage de matériels correspondant à des fonctions spécifiques, capable de recevoir de l’information, dotée de mémoires à grande capacité et de moyens de traitement à grande vitesse, pou- vant restituer tout ou partie des éléments traités, ayant la possibilité de résoudre des problèmes mathématiques et logiques complexes, et néces- sitant pour son fonctionnement la mise en œuvre et l’exploitation automatique d’un ensemble de programmes enregistrés.

DÉFINITION: Ordinateur (définition simple)

Un ordinateur est une machine qui peut recevoir des données, les traiter électroniquement et transmettre des informations

1.2 Le traitement des données à travers les âges. . .

Si l’écriture est apparu avec la naissance des villes à cause des besoins d’organisation, le mot françaisordinateur diffère du mot anglaiscomputeur. Pour les anglais, l’ordinateur est un calculateur, pour le français un vecteur d’organisation (Lol !).

Voici l’ordinateur en quelques étapes avec différentes technologies :

• 1645 :La pascaline est la première (ou presque) machine à calculer, inventée par Blaise Pascal, permettant de faire des additions et des soustractions par un système de roues dentées.

• 1793 :Invention par Joseph-Marie Jacquard d’une machine à tisser à cartes perforées.

• 1918 :Inventions des machines Enigma utilisées par les nazis durant la deuxième guerre mondiale pour crypter leurs messages.

• 1945 :ENIAC, premier ordinateur électronique à usage universel, fonctionnant à l’aide de tubes à vides (18 000), 30 tonnes, dans 42 armoires, destiné à des calculs de balistiques. 300 multiplications par secondes, dont une cause fréquente d’erreur était la présence d’insectes grillés sur les tubes à vide...

• 1956 :l’IBM RAMAC 350 est le premier disque dur, d’une capacité de 5 Mo.

• 1969 :l’Intel 4004 est le premier microprocesseur à transistor (2 300 3) commercialisé. La même puissance de calcul que l’ENIAC dans 10 mm².

• 1971 :Steve Wozniak, Steve Jobs et Ronald Wayne créent dans le garage des Jobs l’Apple 1 : 8 Kio de mémoire vive, processeur cadencé à 1 MHz.

• 1981 :IBM sort le PC avec un processeur cadencé à 4,77 MHz, 16 Kio de RAM, avec lecteur de disquettes 5"1/4 de 160 Kio.

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2. ARCHITECTURE MATÉRIELLE 3/6

2 Architecture matérielle

2.1 Architecture de Von Neumann

Il s’agit de l’architecture proposée en 1944 par John von Neumann (entre autre) pour fabriquer l’ENIAC (Electronic Nume- rical Integrator Analyser and Computer). Les ordinateurs actuels fonctionnent encore (à quelques détails près) sur le même principe :

• La mémoire stocke indifféremment programmes et données.

REMARQUE:On dit qu’elle est inerte au sens où elle n’effectue aucun calcul.

• Le processeur est constitué :

◦ d’une unité arithmétique et logique (UAL) qui effectue les opérations sur les données ;

◦ de registres qui permettent de stocker les adresses des informations stockées dans la mémoire.

◦ d’une unité de contrôle qui permet de réaliser des actions sur les registres (lecture/écriture entre les différents registres)

• Les périphériques se présentent à l’ordinateur sous la forme d’une mémoire supplémentaire. Il s’agit de plages d’adresses sur lesquelles on peut écrire pour donner des ordres au périphérique, ou lire pour obtenir des informations de la part du périphérique.

REMARQUE:ils ne sont cependant pas nécessairement inertes et peuvent réagir aux instructions données.

2.2 Les différents types de mémoire

On distingue plusieurs types de mémoires au sein d’un ordinateur :

• à l’intérieur du processeur se trouvent des registres contenant 32 bits ou 64 bits. Cette mémoire est très rapide (à côté de l’unité de calcul), mais très petite (peu de place, coût élevé).

• on trouve aussi de la mémoire cache de l’ordre de quelques Kio servant de goulot d’étranglement entre le processeur, rapide, et les autres mémoires, moins rapides.

• la RAM (Random Acces Memory) est une mémoire un peu moins rapide, volatile (s’efface lorsque l’alimentaion est coupée), organisée comme un long ruban composé de cases numérotés (on parle d’adresse mémoire) contenant un octet de données. On peut lire ou écrire directement un octet à une adresse donnée.

• la ROM est une mémoire morte dans le sens où on ne peut ni l’effacer, ni la remplacer. Elle contient par exemple le BIOS, système de base pour faire fonctionner l’ordinateur (à ne pas confondre avec le système d’exploitation).

En réalité, de nos jours, les ROM sont des mémoires non volatiles, mais réinscriptibles (mise-à-jour du BIOS, par exemple).

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3. ARCHITECTURE LOGICIELLE 4/6

Mémoire Taille moyenne Temps d’accès

Registre des mémoires < 100 octets 1 cycle (qq nano-sec)

Mémoire cache Quelques Ko 1 à 10 cycles

RAM Quelques Go 5 1 à 20 cycles

Mémoire de masse Plusieurs centaines de Go 5 ms 2.3 Composition actuelle d’un ordinateur

La plupart des ordinateurs sont composés des éléments du schéma ci-dessous.

La carte mère permet de relier tous ces éléments entre eux.

Le Chipset s’occupe alors de gérer les flux de données nu- mériques entre le ou les processeur(s), la mémoire et les périphériques.

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3 Architecture logicielle

3.1 Systèmes d’exploitation

3.1.1 Pourquoi faire ?

Les principales fonctions d’un système d’exploitation sont :

• du point de vue du système :

◦ de séparer les applications des spécificités du matériel : portabilité

◦ de protéger le matériel des applications.

◦ de gérer l’accès aux ressources (mémoire/processeur. . . )

• du point de vue de l’utilisateur :

◦ d’offrir une interface entre l’utilisateur, le maté- riel et les applications.

◦ de proposer une organisation du système de fichiers sur le disque dur.

◦ de permettre la gestion des différents utilisateurs (dossiers personnels, droits en lecture, écriture, exécution)

◦ de rendre possible le lancement des applications/processus, gestion du parallélisme.

3.1.2 Historique des systèmes d’exploitation

Systèmes d’exploitations des ordinateurs personnels :

• Unix (1969)

• DOS (1981) - QDOS puis MS-DOS

• Mac OS (1984)

• Gnu/Linux : 1992

• Windows NT (91), W95, W98...

• Blackberry (1999) Android (2007)

• Mac OS X (1999) et iOS (2007), base Linux 3.1.3 Répartition actuelle des systèmes d’exploitations

• Ordinateurs personnels :

◦ Windows : 92%

◦ OS X (macs, base Unix) : 7%

◦ Base Unix (Linux, BSD...) : 1%

• Serveurs d’entreprise, web, cloud : majoritairement Linux

• HPC (High Performance Computing) :

• Base Unix (Linux, BSD...) : 98%

• Windows : 2%

• Smartphones :

• Android (Linux) : 79%

• iOS (base Linux) : 14%

• Blackberry, Windows mobile, . . . : < 7%.

3.2 Organisation d’un disque dur

3.2.1 Partitionnement

Le partitionnement consiste à créer des zones sur le disque dont les données ne seront pas mélangées. Cela sert par exemple

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REMARQUE: Séparer les données du système d’exploitation permet de formater la partition en cas de problème ! Avis aux utilisateurs de Windows. . .

3.2.2 Structure arborescente

Afin d’organiser les dossiers et ranger les fichiers, il convient d’utiliser une structure arborescente. Il convient alors de trier les données pour gagner en temps de recherche.

ATTENTION!L’arborescence ne doit être ni trop plate ni trop étirée.

3.2.3 Types de fichiers

Parmi les fichiers distinguons deux types :

• les exécutables

• Windows :reconnu par un suffixe spécifique (.exe, .bat)

• Mac :identifié par une information inscrite dans le fichier

• Unix :identifié par un drapeau (flag) qui doit être activé

• les documents

• Excel, ibreOffice :.doc, .xls, .ods, .ppt. . .

• Firefox, Chrome, Internet Explorer, Safari :.html, .sqlite

• L^ATEX:fichier.tex, fichier.pdf, fichier.log. . .

• Archives compressées :.zip, .tar, .gz, .rar. . .

• Idle, Spyder :Programme.py 3.2.4 Droits sur les fichiers

Les fichiers ont un propriétaire. Les utilisateurs des droits plus ou moins étendus :

• en termes de droits :

◦ lecture (r - read)

◦ écriture (w -write)

◦ exécution (x -execute)

• en termes de groupes :

◦ administrateur, root, superuser

◦ utilisateur de base

◦ groupe d’utilisateur plus ou moins vaste

◦ tout le monde

• en termes d’échanges :

◦ sur un ordinateur personnel

◦ sur un réseau (celui du lycée)

◦ sur le cloud (dropbox, drive, . . . )

◦ mais aussi les réseaux sociaux, dans une certaine mesure. . .