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IFT-17583 Structure interne des ordinateurs Section B ©Pierre Marchand, 2001, tous droits réservés Qui suis-je ? Jacques Tang Bureau : xxxx du pavillon Adrien-Pouliot Téléphone : 656-2131, poste Courriel : [email protected] Pierre Marchand Bureau : 3958 du pavillon Adrien-Pouliot Téléphone : 656-2131, poste 7409 Téléavertisseur : 1-888-757-8077 Télécopieur : 656-2324 Courriel : [email protected] Page web pour le cours: www.ift.ulaval.ca/~marchand/ift17583 ©Pierre Marchand, 2001 2 Objectifs Pourquoi étudier la structure interne des ordinateurs ??? • Pour être en mesure de conseiller votre employeur ou vos clients sur le matériel informatique le plus approprié. • Pour mieux comprendre l’ordinateur, mieux le programmer et mieux le déboguer. ©Pierre Marchand, 2001 3 Plan Historique et présentation générale Représentation interne des informations Données non numériques Données numériques: Entiers positifs ou nuls Entiers négatifs Nombres fractionnaires Circuits logiques Logique combinatoire Logique séquentielle ©Pierre Marchand, 2001 4 Plan Mémoires Mémoire centrale Mémoire cache Mémoire auxiliaire Unité centrale de traitement Superordinateurs et microprocesseurs Entrées / Sorties Téléinformatique et réseaux Systèmes d ’exploitation ©Pierre Marchand, 2001 5 Plan Assembleur Architecture du Pentium Outils de programmation Types de données Structures de contrôle Instructions de base Instructions arithmétiques Conversions La pile Interruptions Assembleur standard, directives d’assemblage et macros. ©Pierre Marchand, 2001 6 Évaluation Examens • Examen 1 - le samedi 17 mars 2001, de 9h00 à 12h00, portant sur les unités 1 à 7 inclusivement et comptant pour 30% de la note finale • Examen 2 - le samedi 28 avril 2001, de 9h00 à 12h00, portant sur les unités 1 à 13, mais principalement sur les unités 8 à 13 et comptant pour 40% de la note finale. Les examens sont à livre ouvert. ©Pierre Marchand, 2001 7 Évaluation Travaux pratiques Quatre travaux pratiques comptant pour 7,5% chacun. 1 er 2e 3e 4e ©Pierre Marchand, 2001 Travail : Travail : Travail : Travail : 2 février 2001 3 mars 2001 2 avril 2001 28 avril 2001 8 Bibliographie Manuels obligatoires • Architecture et technologie des ordinateurs, 3e édition, P. Zanella et Y. Ligier, Dunod, 1998. ISBN: 2-10-003801-X. • Supplément par P. Marchand Autres manuels recommandés • Structure interne des ordinateurs, Bui Minh Duc, Zeus, 1999. ISBN: 2-9805737-0-1. • Structured Computer Organization, 4th Edition, A.S. Tanenbaum, Prentice-Hall, 1999. ISBN: 0-13-095990-1. ©Pierre Marchand, 2001 9 Bibliographie Pour l’assembleur: • The 80x86 IBM PC and Compatible Computers (Volumes I & II) Assembly Language, Design and Interfacing, 2nd Edition. M.A. Mazidi, J.G. Mazidi, Prentice-Hall, 1998. ISBN: 0-13-758509-8. • Introduction to Assembly Language Programming. S. P. Dandamudi, Springer-Verlag 1998. ISBN : 0-387-98530-1 ©Pierre Marchand, 2001 10 Bibliographie Autres • Computer Organization and Architecture, 4th Edition, W. Stallings, Prentice-Hall, 1996. ISBN: 0-13-359985-X. • Computer Organization & Design, 2nd Edition, D.A. Patterson & J. L. Hennessy, Morgan Kaufmann, 1998. ISBN: 1-55860-428-6. • Architecture des ordinateurs, I. Dancea et P. Marchand, GaëtanMorin, 1992. ISBN: 2-89105-438-5. ©Pierre Marchand, 2001 11 Formule pédagogique Cours Les mardis : Structure interne Les jeudis : Assembleur à compter de la 4e semaine. Travaux Dépannages : à déterminer ©Pierre Marchand, 2001 12 Formule pédagogique Page Web Guide Supplément FAQ Exercices Travaux et examens ©Pierre Marchand, 2001 13 Unité 1: Historique et présentation générale Objectifs: À la fin de cette unité : - vous aurez pris connaissance de l'évolution phénoménale de l'ordinateur depuis ses débuts. - vous connaîtrez l'origine des différents systèmes de numération utilisés de nos jours : binaire, décimal, sexagésimal; - vous comprendrez pourquoi on utilise encore le binaire en informatique; - vous connaîtrez les composantes essentielles de la Machine de von Neumann. ©Pierre Marchand, 2001 14 Unité 1: Historique et présentation générale Objectifs Vous aurez également une vue d'ensemble de l'organisation générale d'un ordinateur. Pour y arriver, vous devez maîtriser les objectifs suivants : - décrire les différents types de réseaux informatiques; - définir ce que sont une unité centrale de traitement (CPU), une mémoire centrale, une unité de commande, une unité arithmétique et logique, des unités d'entrée/sortie, des unités périphériques; - expliquer pourquoi on utilise un code de 7 à 8 bits pour représenter les caractères; - expliquer ce qu'est une cellule de mémoire, un mot mémoire, une adresse, un registre; - décrire les unités de capacité d'une mémoire : K, M, G, T et P, et les unités de mesure de temps très courts : ms, µs, ns, ps. ©Pierre Marchand, 2001 15 Unité 1: Historique et présentation générale 1. Historique Lire le chapitre 1 du livre de Zanella et Ligier. Lire la page Historique sur le site Web. 2. Présentation générale 2.1 Ordinateur et informatique Ordinateur / computer Système informatique = ordinateur + logiciels ©Pierre Marchand, 2001 16 Unité 1: Historique et présentation générale 2.2 Principaux éléments d ’un ordinateur Unité centrale Cédérom ou DVD Disque dur Disquette Clavier Souris Écran ou projecteur Modem Scanner Carte de son Images et vidéo Fax modem Ports SCSI, USB, etc. ©Pierre Marchand, 2001 17 Unité 1: Historique et présentation générale Réseaux WAN MAN LAN WWW (Internet) ©Pierre Marchand, 2001 18 Unité 1: Historique et présentation générale 2.3 Valeurs et acteurs de référence Unités de mesure de capacité Kilo = 103 210 = 1024 Méga = 106 220 = 1 048 576 Giga = 109 230 = 1 073 74 824 Tera = 1012 240 = 1 099 511 627 776 Peta = 1015 250 = 1 125 899 906 842 624 Unités de mesure de temps ms = milliseconde = 10-3 s = 0,001 s µs = microseconde = 10-6 s = 0,000 0001 s ns = nanoseconde = 10-9 s = 0,000 000 001 s ps = picoseconde = 10-12 s = 0,000 000 000 001 s ©Pierre Marchand, 2001 19 Unité 1: Historique et présentation générale Quelques éléments typiques d’un ordinateur personnel Ethernet: 10 Mbps Fast Ethernet; 100 Mbps FDDI: 100 Mbps ATM: 155-622 Mbps Gigabit Ethernet : 1 Gbps (disque dur, …) 250 MB à 10 GB Stockage Intel : Pentium SGI-MIPS: R10000 Sun: UltraSparc Ordinateur Motorola-IBM-Apple: CPU PowerPC 200-500 MHz Mémoire RAM b : bit B : Byte (= octet = 8 bits) 32 à 256 MB bps : bits par sec Mbps : mégabits par sec MB ou Mbytes ou Mo ©Pierre Marchand, 2001 20 Réseau Bus SCSI: 4 Mbps Firewire : 400 Mbps Logiciel Systèmes d’exploitation Navigateur Internet Unité 1: Historique et présentation générale Loi de Moore Transistors 109 108 107 106 105 104 103 Pentium III, Itanium Pentium IV Pentium Pro 80486 Pentium 80286 80386 8080 8086 4004 1970 75 80 85 90 952000 05 ©Pierre Marchand, 2001 21 Unité 1: Historique et présentation générale Loi de Moore DRAM (bits) 109 108 107 106 105 104 103 1970 75 80 85 90 952000 05 ©Pierre Marchand, 2001 22 Unité 1: Historique et présentation générale Évolution de la famille Intel Date Microprocesseur Transistors Largeur Bus Fréquence traits (bits) 1971 4004 2 300 10 m 4 108 KHz 1974 8080 6 000 6 m 8 2 MHz 1978 8086 29 000 3 m 16 8 MHz 1982 80286 134 000 1,5 m 16 10 MHz 1985 80386 275 000 1,0 m 32 25 MHz 1989 80486 1 200 000 0,8 m 32 33 MHz 1993 Pentium 3 100 000 0,8 m 32 100 MHz 1996 Pentium Pro 5 500 000 0,32 m 64 200 MHz 1999 Pentium III 9 500 000 0,25 m 64 1,13 GHz 2000 Itanium 15 000 000 0,18 m 128 ? 2001 Pentium IV ? 0,18 m 64 > 1 GHz ©Pierre Marchand, 2001 23 Unité 1: Historique et présentation générale Principaux acteurs du monde de l’informatique Microsoft Oracle Netscape Logiciel (Applications) Réseau (Networking) Traitement (Computing) Cisco 3Com Bay Networks Novell ©Pierre Marchand, 2001 24 Intel IBM SGI Motorola Sun HP NEC Hitachi Fujitsu Apple Unité 1: Historique et présentation générale 2.3 Valeurs et acteurs de référence Que sera l’ordinateur de demain ? Quel sera le rôle des Network Computers ? Ordinateurs optiques ? 2.4 Utilisation des ordinateurs Programmes système : fonctions de base de l’ordinateur Programmes d’application – Calcul scientifique – Gestion – Conduite de processus Système d’exploitation ©Pierre Marchand, 2001 25 Unité 1: Historique et présentation générale 2.5 Développement de logiciel Cycle de vie du logiciel – Compréhension du problème – Spécification du système – Conception – Programmation – Tests et validation – Entretien ou maintenance Documentation en parallèle Programme, algorithme Langages de programmation Compilation, édition de liens et chargement ©Pierre Marchand, 2001 26 Unité 1: Historique et présentation générale 2.6 Principes de fonctionnement Ordinateur Unité centrale de traitement Unité de contrôle ou Unité de commande Mémoire Cache Unité arithmétique et logique ou Unité de traitement ou Unité de calcul Instructions Mémoire centrale ou principale Données Unités d’entrée/sortie ou d’I/O Contrôleur de périphériques ©Pierre Marchand, 2001 27 Carte réseau Unité 1: Historique et présentation générale Autre représentation Bus de données Mémoire Centrale Bus d ’adresses Bus de contrôle ©Pierre Marchand, 2001 28 Unité d ’E/S Périphériques CPU Unité 1: Historique et présentation générale 2.6 Principes de fonctionnement CPU Mémoire centrale Reg Adr Reg Mot résultats adresse mot instruction mémoire PC ou CO RI Horloge Décodeur Unité de commande Séquenceur État Unité arithmétique et logique Unité de calcul opérandes Registres résultat ©Pierre Marchand, 2001 29 Unité 1: Historique et présentation générale 2.6 Principes de fonctionnement Mémoire centrale Contenu: Instructions Données ASCII Bit Caractère/octet/byte Mot-mémoire = unité d’information adressable Adresse Contenu d’une adresse ©Pierre Marchand, 2001 30 Unité 1: Historique et présentation générale 2.6 Principes de fonctionnement Mémoire centrale Lecture -> l’information va vers le processeur Écriture -> l’information va vers la mémoire Capacité, exprimée en Ko, en Mo ou en Go, dépend du nombre de bits d’adresses. RAM ou mémoire vive, accès aléatoire Registres: registre d’adresses, registre de données Mémoire cache Unités d’entrée/sortie Unités périphériques ©Pierre Marchand, 2001 31
