plan de cours

PLAN DE COURS
Automne 2016
Architecture des ordinateurs
(6GEI186)
Département des Sciences Appliquées
Module d’ingénierie
Professeur
Daniel Audet, ing. Ph.D.
Bureau : P4-5030
Tél. : (418) 545-5011 poste 5639
Courriel : [email protected]
Web : www.uqac.ca/daudet
Département des Sciences Appliquées
Module d’ingénierie
1. Formule pédagogique
•
•
•
Cours magistraux
o Lundi de 08h00 à 09h15
o Jeudi de 11h00 à 12h15
Travaux pratiques en laboratoire
o Mercredi de 13h00 à 15h45 (groupe 1 – à déterminer)
o Vendredi de 08h00 à 10h45 (groupe 2 – à déterminer)
Projet
2. Insertion du cours dans le programme
Ce cours fait partie de la liste de cours obligatoires des programmes des baccalauréats en génie
informatique et en informatique. Il fait également partie des cours au choix du programme
d’informatique de gestion. Pour pouvoir réaliser certains travaux demandés, l’étudiant devra être
en mesure de développer des programmes.
3. Objectifs
Amener l’étudiant à :
•
•
Maîtriser suffisamment la programmation en langage machine (assembleur) d’un
processeur pour qu’il puisse transposer ses connaissances sur n’importe quel autre
processeur et développer des applications relativement complexes.
Comprendre et pouvoir expliquer le fonctionnement des différents éléments présents
dans les processeurs et ordinateurs actuels.
Justification
o
o
o
o
o
o
Curiosity...
Microcontrôleurs et automates industriels
Programmation de microprocesseurs
Développement de circuits (FPGA contenant un processeur)
Développement de pilotes ("drivers")
« Internet of things » (IoT)
6GEI186 – Architecture des ordinateurs
Plan de Cours
Automne 2016
Page 2 de 9
Département des Sciences Appliquées
Module d’ingénierie
4. Qualités visées par le cours
Selon les normes du Bureau canadien d’agrément des programmes de génie (BCAPG), le cours
couvre deux qualités attendues d’un ingénieur, à savoir :
1. Connaissance en génie (80%) : connaissance, à un niveau universitaire, des
mathématiques, des sciences naturelles et des notions fondamentales de l’ingénierie, ainsi
qu’une spécialisation en génie propre au programme.
Dans le cadre du présent cours, les connaissances suivantes seront évaluées :
o Unités de traitement
o Mémoires internes et externes
o Jeux d’instruction
o Modes d’adressage
o Gestion des interruptions
o Gestion des périphériques
o Méthodes d’accélération de l’exécution
5. Utilisation d’outils d’ingénierie (20%) : capacité de créer et de sélectionner des
techniques, des ressources et des outils modernes d’ingénierie et de les appliquer, de les
adapter et de les étendre à un éventail d’activités simples ou complexes, tout en
comprenant les contraintes connexes.
Dans le cadre du présent cours, les étudiants devront pouvoir concevoir, à l’aide d’outils
de développement évolués, des programmes en langage d’assemblage permettant
d’utiliser un microprocesseur pour effectuer un traitement sur des données ou signaux,
tant internes qu’externes.
6GEI186 – Architecture des ordinateurs
Plan de Cours
Automne 2016
Page 3 de 9
Département des Sciences Appliquées
Module d’ingénierie
Ces qualités seront évaluées selon les objectifs et indicateurs suivants :
Objectifs
1.3
5.2
Faire preuve de
compétence en ce qui a
trait aux connaissances
propres à la spécialité du
programme.
Démontrer sa capacité à
utiliser des outils,
ressources et techniques
spécialisés propres à la
discipline.
Indicateurs
1.3.1
1.3.2
5.2.1
Pondération
évaluée
Identifier les principes scientifiques et d’ingénierie
qui influencent la performance d’un processus ou
d’un système.
Appliquer de manière appropriée des
connaissances propres à la discipline de l’étudiant.
Démontrer sa capacité à utiliser des outils
d’ingénierie, des techniques et des ressources
spécifiques à la discipline de l’étudiant.
46%
39%
15%
Chaque indicateur sera évalué en utilisant le système de notation de l’UQAC. Ainsi la réussite du cours est
directement liée à l’atteinte des qualités et objectifs précités au travers de l’évaluation de leurs
identificateurs dans des travaux et examens.
5. Contenu du cours
5.1 Sujets abordés
1. Introduction
1.1 Organisation et architecture
1.2 Structure et fonction
2. Évolution des ordinateurs et de leur performance
2.1 Historique
2.2 Conception axée sur la performance
2.3 Évolution du Pentium et du ARM
3. Rappel d'arithmétique binaire
3.1 Unité arithmétique et logique
3.2 Entiers: représentation et arithmétique
3.3 Nombres en virgule flottante : représentation et arithmétique
4. Jeu d'instructions d'un microprocesseur
4.1 Opérandes
4.2 Types de données
4.3 Types d'opération
4.4 Langages d'assemblage
6GEI186 – Architecture des ordinateurs
Plan de Cours
Automne 2016
Page 4 de 9
Département des Sciences Appliquées
Module d’ingénierie
5. Modes d'adressage d'un microprocesseur
5.1 Description et utilisation
6. Vue à haut niveau de l'opération d'un ordinateur
6.1 Composantes et fonctions
6.2 Interconnexions
6.3 Les bus
6.4 PCIe
7. Antémémoires ("cache")
7.1 Principes de fonctionnement
7.2 Éléments de conception
7.3 Exemples de mise en oeuvre
8. Mémoire interne
8.1 Mémoire à semi-conducteur
8.2 Correction d'erreurs
9. Mémoire externe
9.1 Disque rigide
9.2 RAID
9.3 Mémoire optique
9.4 Ruban magnétique
10. Entrées/sorties
10.1 Périphériques
10.2 Types d'entrées/sorties
10.3 DMA
11. Support au système d'exploitation
12. Structure et fonction d'un CPU
12.1 Organisation des registres
12.2 Cycle de traitement des instructions
12.3 Pipeline de traitement
13. Ordinateurs à jeu d'instructions réduit
12.1 RISC
12.2 MIPS
12.3 SPARC
14. Parallélisme au niveau des instructions et processeurs superscalaires
6GEI186 – Architecture des ordinateurs
Plan de Cours
Automne 2016
Page 5 de 9
Département des Sciences Appliquées
Module d’ingénierie
5.2 Travaux pratiques
Une série de travaux seront réalisés au cours de la session. Sauf indication contraire, ces travaux seront
réalisés en équipe de deux personnes dans le local P2-1060 de l’UQAC.
Thèmes :
•
•
•
•
•
Programmation en langage d’assemblage
Analyse de performance d’antémémoires (mémoires « cache »)
Instructions MMX/SSE/AVX
Pipelines et architectures superscalaires
Modification d’un programme exécutable (fonctionnant sous Windows de Microsoft)
5.3 Projet
Un mini-projet comportant des éléments de conception matériel et logiciel vous sera soumis. Ce dernier
sera évalué selon les critères suivants :
•
•
Qualité de la structure du programme
Fonctionnalité
IL EST IMPORTANT DE NOTER QUE LA PROCÉDURE DÉCRITE À L’ANNEXE DEVRA ÊTRE
SUIVIE POUR LA REMISE DES TRAVAUX.
6. Incidence sur la santé et la sécurité
La réalisation des travaux n’a pas d’incidence sur la santé et la sécurité
7. Modalités d’évaluation
7.1 Calendrier préliminaire
Dates
Semaine du 10 octobre 2016
Semaine du 17 octobre 2016
Semaine du 12 décembre 2016
Activités d’évaluation
Semaine de relâche
Examen partiel
Examen Final
Travaux
Projet
Indicateurs couverts
25%
30%
25%
20%
1.3.1 1.3.2
1.3.1 1.3.2
1.3.2 5.2.1
1.3.2 5.2.1
Les dates exactes et les locaux des examens seront fournis en temps opportun. Il est à noter que des
changements peuvent être apportés à ce calendrier.
6GEI186 – Architecture des ordinateurs
Plan de Cours
Automne 2016
Page 6 de 9
Département des Sciences Appliquées
Module d’ingénierie
Dispositions particulières :
a) Toute documentation sera permise aux examens.
b) Les examens se tiendront dans un local où chaque étudiant aura accès à un ordinateur. Il
est à noter que le réseau ne sera pas accessible et que, par conséquent, les étudiants sont
invités à enregistrer leurs documents électroniques sur une clé USB en prévision de
l’examen.
Pour ce qui est des travaux, le calendrier préliminaire (sujet à changement) des dates de remise sera :
Travail 1
Travail 2
Travail 3 (partie en équipe)
Travail 3 (partie individuelle)
Travail 4
Travail 5 (projet)
4 octobre 2016
25 octobre 2016
29 octobre 2016
6 novembre 2016
22 novembre 2015
6 décembre 2016
IL EST IMPORTANT DE NOTER QUE LA PROCÉDURE DÉCRITE À L’ANNEXE 1 DEVRA
ÊTRE SUIVIE POUR LA REMISE DES TRAVAUX.
7.2 Qualité du français écrit
Tout travail remis doit être conforme aux exigences de la politique institutionnelle en matière de maîtrise
du français écrit du Manuel de Gestion.
(http://www.uqac.ca/direction_services/secretariat_general/manuel/3/209.pdf)
Un travail se verra attribué la note 0 si la qualité du français n’est pas adéquate (plus de 10 fautes dans le
rapport).
7.3 Pénalité pour retard
Tout travail remis en retard sans motif valable sera pénalisé de 10% par jour de retard.
7.4 Plagiat
Les sanctions prévues à la politique institutionnelle sur le plagiat seront appliquées aux étudiants identifiés
par le professeur.
(http://www.uqac.ca/direction_services/secretariat_general/manuel/3/125.pdf)
7.5 Note de passage
La note de passage est fixée à 60 %.
6GEI186 – Architecture des ordinateurs
Plan de Cours
Automne 2016
Page 7 de 9
Département des Sciences Appliquées
Module d’ingénierie
7.6 Évaluation du cours
Ce cours sera évalué conformément à la politique d’évaluation des enseignements en vigueur (via le
dossier étudiant).
8. Soutien pédagogique
8.1 Assistant(s)
Des étudiants fourniront de l'aide pédagogique lors des séances de laboratoire. Ceux-ci seront identifiés au
début de la session.
8.2 Périodes de disponibilité
Le professeur se rendra disponible à son bureau (local P4-5030) en dehors des heures régulières du cours
aux heures suivantes :
•
Mercredi de 09h00 à 11h00
Veuillez noter qu’il est également possible que le professeur soit également disponible en dehors de ces
périodes. Vous êtes invités à passer à son bureau afin de vérifier sa présence.
Les assistants de laboratoire ne seront disponibles que lors de la séance de laboratoire prévue à l’horaire.
9. Documentation
•
William Stallings, "Computer Organization and Architecture", 10e édition, Prentice Hall,
New Jersey, 2016 (ISBN-13 : 9780134101613)
o http://www.mypearsonstore.com/bookstore/computer-organization-and-architecture9780134101613?xid=PSED
Notes :
o
o
Ce livre s’est mérité à quatre reprises le prix du meilleur livre de référence en ingénierie
et en science informatique
Un site WEB est associé à ce manuel. Il donne accès à une foule d'informations touchant
le domaine de l'architecture des ordinateurs
Pour une location numérique de 180 jours (79.99 US$ au lieu de 194.20 US$)) :
https://www.vitalsource.com/referral?term=9780134102160
•
•
Diapositives électroniques présentées en classe (disponibles sur le site WEB du cours)
Informations disponibles sur la page Web du cours
(http://www.uqac.ca/daudet/Cours/Architecture-bac)
o Notes de cours
o Travaux
6GEI186 – Architecture des ordinateurs
Plan de Cours
Automne 2016
Page 8 de 9
Département des Sciences Appliquées
Module d’ingénierie
- ANNEXE Dispositions particulières pour la remise
des travaux
1.
Les énoncés des travaux seront disponibles sur le site WEB du cours que vous pouvez accéder en
utilisant l’adresse suivante:
http://www.uqac.ca/daudet/Cours/Architecture-bac
Notes :
Pour accéder à certaines pages du site WEB, vous aurez besoin de fournir un mot de passe.
Pour les documents : ______________ (donné par le professeur en classe)
Pour les diapositives : ______________ (donné par le professeur en classe)
Pour les travaux : _________________ (donné par le professeur en classe)
2.
La remise des travaux devra s'effectuer électroniquement. Vous DEVREZ utiliser l'outil de remise des rapports
accessible via le menu "Travaux" du site WEB du cours.
AVANT DE TRANSMETTRE VOTRE LABORATOIRE, VOUS DEVREZ :
3.
CRÉER UN FICHIER D'ARCHIVE (ZIP) CONTENANT TOUT VOS FICHIERS
le nom de votre fichier d'archive devra se conformer au format suivant:
travail#-votrenom-votreprenom.zip
•
ENSUITE LE CRYPTER UN UTILISANT LE LOGICIEL PGP (téléchargeable via
le menu "Travaux" du site WEB du cours)
Lors de la remise d’un rapport :
•
•
Respectez la convention de nomenclature des fichiers (travail#-votrenom-votreprenom.zip.pgp)
Remettez ce qui est demandé...
6GEI186 – Architecture des ordinateurs
Plan de Cours
Automne 2016
Page 9 de 9