cours architecture ordinateurs Chapitre1

Architecture des ordinateurs
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I. Schéma simplifié d’un ordinateur
Un ordinateur est un assemblage de composants logiques qui fonctionne de façon
logique ou combinatoire. Il comprend 5 parties :
(1) Unité de contrôle (CU : control unit)
(2) Unité arithmétique et logique (ALU : arithmetic and logical unit)
(3) Unité centrale (CPU : central processing unit)
(4) Mémoire
(5) Périphériques d’entrée/sortie
1. Mémoire centrale
Une mémoire peut être représentée comme une armoire de rangement
constituée de différents tiroirs. Chaque tiroir représente alors une case mémoire qui
peut contenir un seul élément : des données. Le nombre de cases mémoires pouvant
être très élevé, il est alors nécessaire de pouvoir les identifier par un numéro. Ce
numéro est appelé adresse. Chaque donnée devient alors accessible grâce à son
adresse.
Mémoire
CU
ALU
Sortie
Entrée
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(5)
CPU

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Organisation d’une mémoire
Une case de la mémoire peut contenir soit une adresse, soit une donnée et
dans chaque cas la représentation est sous forme d’une chaîne de bits. Chaque case
ou chaque mot d’une mémoire est identifiée par une adresse qui est unique. Les
emplacements sont disposés de façon séquentielle et portent les numéros 0 à -1, n
étant le nombre de bits représentant une adresse mémoire.
Dans une mémoire de taille mots les adresses varient de 0 à -1. A chaque
mot de la mémoire on associe aussi 2 entités : son unique adresse et son contenu qui
peut varier. Généralement la mémoire d’un ordinateur est décrite par 2 paramètres :
la taille d’un mot et le nombre de mots que comporte la mémoire. Généralement, le
nombre de mot est une puissance de 2 et l’unité c’est = 1024 =1kilobit. La taille
d’un mot varie généralement en multiple de ou octet.
On peut donc schématiser un circuit mémoire par la figure suivante où l’on
peut distinguer :
Avec : - R/W : une entrée de sélection de lecture ou d’écriture
- CS : une entrée de sélection du circuit

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Une opération de lecture ou d’écriture de la mémoire suit toujours le même cycle :
1. Sélection de l’adresse
2. Choix de l’opération à effectuer (R/W)
3. Sélection de la mémoire (CS = 0)
4. Lecture ou écriture la donnée
Caractéristiques de la mémoire
Les principales caractéristiques d'une mémoire sont les suivantes :
 La capacité: représente le volume global d'informations que la mémoire peut
stocker.
La capacité peut s’exprimer en :
- Bit : un bit est l’élément de base pour la représentation de l’information.
- Octet : 1 Octet = 8 bits – kilo-octet (KO ) : 1 kilo-octet (KO )= 1024 octets = 210 octets
- Méga-octet ( MO) : 1 Méga-octet ( MO)= 1024 KO = 220 octets
- Géga-octet ( GO) :Géga-octet ( GO)=1024 MO = 230 octets
- Téra-octet (To) : 1 téra-octet (To)= 1024 Go =240 octets
 Le temps d'accès: correspond à l'intervalle de temps entre la demande de
lecture/écriture et la disponibilité de la donnée
 Le temps de cycle: représente l'intervalle de temps minimum entre deux accès
successifs
 Le débit: est le volume d'information échangé par unité de temps, exprimé en bits
par seconde
 La volatilité : caractérise l'aptitude d'une mémoire à conserver les données
lorsqu'elle n'est plus alimentée électriquement :
- Une mémoire est dite volatile si elle perd son contenu (les informations)
lorsque la source d’alimentation est coupée.
- Une mémoire est dite non volatile (mémoire permanente ou stable), si elle
conserve son contenu lorsque la source d’alimentation est coupée
Exemple :
=256 mots
Longueur d’une adresse 8 bits
On veut représenter 0110
Dans la zone mémoire d’adresse 175 = 10111001

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0
1
1
0
Classification des mémoires
La classification des mémoires peuvent être schématisée par la figure suivante : Il
existe plusieurs types de mémoires :
 mémoire à accès direct ou aléatoire (random acess memory) ici le temps
d’accès à un mot ne dépend pas de l’emplacement de ce mot dans la mémoire
 mémoire à accès séquentielle (séquential acess memory) le temps de
lecture et d’écriture dépend de l’emplacement.
 RAM statiques (SRAM) Les informations sont mémorisées par une
bascule de type D et conservées tant que l'alimentation est présente (mémoire
volatile), elles sont réalisées en technologie MOS ou bipolaire.
 RAM dynamiques (DRAM) Elles utilisent un condensateur comme
cellule mémoire (un bit mémorisé) de l'information. Cette information tend à se
Lecture
Adresse
0
.
.
.
174
Ecriture
0110
10111001
Registre de
données
Registre
d’adresse

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dégrader à cause des courants de fuites, ce qui nécessite un rafraîchissement
périodique.
On perd le contenu de ces types de mémoire lorsque la machine est mise hors
tension. Les données à conserver doivent toujours résider dans la mémoire secondaire ou
de masse (disque dur, disquette, CD, DVD …). Les données manipulées par l’unité centrale
résident dans la mémoire vive ou centrale ou RAM.
 ROM (read only memory) fait pour contenir des logiciels, des
programmes particuliers comme le système d’exploitation. Le contenu d’un ROM ne
peut être modifié, c’est aussi une mémoire à accès aléatoire.
 RWM (read write memory) ou mémoire centrale.
2. Unité centrale
Elle comprend l’unité de contrôle et l’unité arithmétique et logique. Elle est
organisée au tour d’un bus.
Les registres sont des emplacements de mémoires qui ont un temps d’accès court,
leurs tailles varient selon l’usage.
a) unité arithmétique et logique ou UAL
Elle effectue les opérations arithmétique et logique. Les opérandes de ces
opérations se trouvent généralement en mémoire centrale, mais pour certains
ordinateurs (très puissant) les opérandes résident dans des registres spécialisés. Pour
les PC, les bus ont une taille qui varie entre 20 bits et 48 bits pour le bus d’adresse et 8
bits et 64 bits pour le bus de données. Beaucoup d’ordinateurs ont un registre spécial
appelé accumulateur. Il contient à la fois l’un des opérandes et le résultat de
l’opération arithmétique.
UAL
Registres
Pointeur
Registre
Instruction
Registre
d’adresse
Registre
tampon