Cours d'architecture des ordinateurs - Université du Lac Tanganyika

Université du Lac Tanganyika
Cours d’architecture des Ordinateurs
OBJECTIFS :
OBJECTIF GENERAL
Objectif du cours est de mettre en claire le principe fonctionnement de l’ordinateur avec une
présentation détaillée de son architecture.
OBJECTIFS SUPESFIQUE :
• Comprendre la définition de l’ordinateur;
• Comprendre la structure générale de l’ordinateur ;
• Comprendre le principe de fonctionnement d’un système informatique ;
• Comprendre le fonctionnement du processeur ;
• Connaître les éléments qui constituent une unité de traitement ;
• Comprendre l’exécution des instructions par le processeur ;
• Comprendre le rôle de la mémoire centrale et son interaction avec le processeur ;
• Comprendre l’organisation d’une mémoire vive ;
• Connaître la technologie de la mémoire vive ;
• Comprendre la fonction de communication de l’ordinateur ;
• Connaître les différents composants d’entrée/sortie ;
• Connaître les différents types de supports de stockage ;
• Comprendre le fonctionnement de certains périphériques de base.
Introduction
Pour comprendre le fonctionnement d’un ordinateur, il faut d’abord connaitre
sa définition, ainsi que son architecture et l’évolution de cette machine. Nous
verrons également dans ce premier chapitre, les deux architectures
informatiques les plus connues et utilisées dans l’ordinateur : Von Neumann et
Harvard.
Le mot informatik apparaît en Allemagne en 1957 et désigne le traitement
automatique de l’information. Ce n’est qu’en 1962 qu’il sera utilisé en France
pour la première fois.
A l’heure actuelle, le terme « informatique » est devenu polysémique et
englobe à la fois le domaine industriel lié à l’ordinateur et la science du
traitement de l’information. Il est parfois utilisé dans des expressions pour
désigner des concepts plus précis : « science informatique » ou « informatique
théorique » renvoyant à la science et « technologies de l’information » se
rapprochant davantage du secteur industriel
• Depuis l’Antiquité, l’Homme se sert d’outils pour calculer. Ces machines
demandent cependant une exécution des séquences d’un algorithme :
elles ne peuvent pas le faire de manière automatisée. Malgré des
avancées, comme avec la Pascaline de Blaise Pascal, il faudra attendre
l’apparition des théories de programmation vers 1800 pour mettre en
œuvre un enchaînement d’opérations basiques de manière
automatique.
Chap I.INTRODUCTION GENERALE
• Dépuis un temps l’homme de sa nature inventé et transformé. Pour arriver
à ses fins, l’homme utilisait son cerveau pour réfléchir, calculer, analyser et
pour se faire aider dans ses tâches, il créa l’ordinateur qui n’est autre
qu’une simulation de son propre cerveau. Les ordinateurs d’aujourd’hui
remplacent l’homme dans les usines, les laboratoires et dans plusieurs
domaines.
• Cette introduction nous mène à dire que pour comprendre le
fonctionnement de l’ordinateur, il suffit de comprendre le fonctionnement
de son propre cerveau.
Le cerveau réalise en fait trois fonctions principales:
Le calcul ou le traitement ;
La mémorisation et le stockage ;
 La communication.
Ce sont ces trois fonctions qui constituent l’ordinateur et qui sont
représentées par trois unités logiques :
• L’unité de traitement ;
• La mémoire ;
• L’unité d’entrée/sortie.
Rappel
Définition:
L’informatique :
• est une branche qui s’occupe du domaine du traitement automatique de
l'information.
• est une science qui regroupe l’ensemble des théories et des techniques permettant
de traiter l’information à l’aide d’un ordinateur.
• C’est aussi la science de l'information automatisée, c’est donc la théorie méthodique
sur la transmission d'information par des moyens mécaniques et répétitifs dans le
but de connaître plus de choses, plus vite et plus loin.
• contraction d'information et automatique, désigne l’ensemble des sciences et des
techniques en rapport avec le traitement automatique de l'information et ce
traitement est effectué par un système, concret (machine) ou abstrait.
…
• L'informatique est le traitement automatique des informations,
traitement qui inclut : l'extraction, la gestion, l'organisation, la
génération des informations. Cette science transforme des
informations à l'état brut en des données exploitables et structurées.
Rôle de l’Informatique
L'informatique a pour rôle :
La conception et la construction des ordinateurs,
Le fonctionnement et la maintenance des ordinateurs,
Leur exploitation (utilisation des ordinateurs dans les différents
domaines d'activités).
ORDINATEUR
• L’ordinateur est aujourd’hui la machine la plus importante,
vitale, complexe, complète, omniprésente
• Les plus récentes révolutions technologiques trouvent leur
source dans l’informatique: automatisation, robotique,
courrier électronique, Internet, Multimédia, ...
• Il s’est infiltré partout: domotique, outils, électroménagers,
informatique embarquée, automobile, finance, etc.
• Pourquoi ? L’ordinateur est la machine qui peut se substituer
au plus grand nombre d’objets,
DEFINITION
• L’ordinateur:
• c’est une machine électronique programmable capable de réaliser des calculs
logiques et servant au traitement de l'information codée sous forme
numérique(sur des nombres binaires).
• Machine capable d’effectuer automatiquement des opérations arithmétiques et
logiques (à des fins scientifiques, administratives, comptable, etc.) à partir de
programmes définissant la séquence de ces opérations.
• est une machine capable de traiter automatiquement des données (informations)
sur la base d'un programme qui définit la séquence des opérations à effectuer
(instructions).
• est une machine à traiter des informations, de manière formelle (ou formaliste)
pour autant qu'on lui ait préalablement indiqué comment mener à bien ce
traitement.
Qu’appelle-t-on architecture des ordinateurs ?
L’architecture des ordinateurs est la discipline qui correspond à la façon dont on conçoit les
composants d’un système informatique.
En informatique, le terme architecture désigne l’organisation des éléments d’un système et les
relations entre ces éléments. Il y a :
• C’est une machine Hardware: Le fonctionnement d’un ordinateur est basé sur une
architecture matérielle (processeur, support de stockage, interfaces utilisateurs, connexion, . .
.) dont le fonctionnement est soumis aux lois de la physique, concerne l’organisation des
différents dispositifs physiques que l’on trouve dans un ordinateur.
 Fonctionnement logique de chaque composant et le dialogue entre les composants
• C’est une machine programmable Software: Cette machine est capable de remplir des
tâches différentes selon les instructions qui lui sont adressées. Ces instructions, rédigées
sous forme de programmes par les informaticiens, sont traitées en fin de course par le
matériel de l’ordinateur, L’architecture logicielle : concerne l’organisation de différents
programmes entre eux.
 Codage de l’information et jeu d’instruction de la machine càd l’ensemble des opérations
que la machine peut exécuter.
L'ordinateur communique avec ses utilisateurs (ou avec
d'autres systèmes) au moyen d'équipements appelés
périphériques ( écran, clavier, souris, carte-son, carteréseau, ... ).
Eléments d’un Système Informatique
}
Software
}
Hardware
Programme
(
)
Logiciels
Matériel
…
• L’ordinateur se définit comme une machine de traitement de
l’information, aucune autre machine n’est capable d’accomplir ce rôle,
car tout simplement, pour traiter l’information, on a besoin de deux
choses à la fois :
Du matériel
Et du logiciel (ou programmes) :
C’est ainsi qu’un système informatique se définit comme un ensemble
de moyens matériels (hardware) et logiciels (software) nécessaires au
traitement de l’information
…
Le hardware :
Le hardware est la partie physique ou ensemble des composants mécaniques et
électroniques qui représente les composants matériels avec lesquels est construit
un ordinateur, selon l’architecture de base, l’ordinateur doit comporter les
éléments suivants :
Le processeur (ou CPU) : Il représente le cerveau de l’ordinateur car c’est lui qui
se charge réellement du traitement de l’information.
La mémoire centrale, qui permet de stocker l’information (les programmes et les
données).
Les unités d’échange (ou d’entrées/sorties), ce sont tous les composants qui
permettent de véhiculer l’information entre les différents éléments de
l’ordinateur, elles sont représentées essentiellement par un ensemble de
registres, de bus et d’autres circuits.
Les périphériques : ce sont les accessoires nécessaires pour faire entrer et
recevoir les informations, on cite principalement le clavier, l’écran et les unités de
stockage tels que les lecteurs de disques.
…
Le Software :
• On appelle software la partie logique de l’ordinateur, elle est
constituée de tous les programmes qui permettent de faire fonctionner
la machine ainsi que ceux qui permettent à l’utilisateur d’exploiter
l’ordinateur selon ses besoins.
• Logiciel (Software) Ensemble des programmes, de quelque niveau
que ce soit, exécutables par un ou plusieurs niveaux de l'ordinateur.
Un programme = mot d'un langage.
• Le logiciel est immatériel même s'il peut être stocké physiquement
sur des supports mémoires.
Evolution de l’informatique et des ordinateurs
• En 1643, BLAISE PASCAL invente la ''PASCALINE'' : machine mécanique
capable de réaliser des additions; des multiplications et soustractions.
• En 1812, ''CHARLES BABBAGE'' a conçu une machine mécanique
pouvant effectuer des calculs numériques compliqués (c'était une
machine à base de cartes perforées).
• En 1860, il définit les grands principes des calculateurs électroniques.
• En 1885, ''HERMANN HOLLERITH'' (inventeur des cartes perforées)
construit la première machine à cartes perforées et qui a servit dans
l'opération de recensement de la population d'Amérique en 1890.
• En 1946 le premier calculateur électronique est apparu. Il est baptisé
''ENIAC'' (Electronic Numerical Integrator and Computer). Il est
construit sur le principe du binaire (0 et 1) : (le courant passe ou ne
passe pas). C'est une machine électronique composées de :
• ~ 6000 relais (commutateurs) mécaniques
• ~ 1800 tubes électroniques
• ~ 70000 résistances
Et pèse environ 30 tonnes. Il est capable de réaliser ~5000
additions/seconde et ~3000 multiplications/seconde. C'est le premier
ordinateur qui utilise le principe de ''Programme enregistré'' et
constitue la première génération des ordinateurs.
GENERATION
Générations
1èregénération
Caractéristiques
- Technologie à lampes, relais, tubes à vider, résistances.
- Premiers calculateurs électroniques.
1945-55 : Les ordinateurs mécaniques
1946 EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Compute) par Von Neumann
et mise en service en 1951 (programme et données enregistrés en mémoire)
2ème génération
-Technologie à transistors (remplacent les tubes à vides).
1955-65 : Les ordinateurs à transistors
-Apparition des langages de programmation évolués.
1955 IBM 650 1er ordinateur fabriqué en série
3ème génération

1965-71 : Les ordinateurs à
circuits intégrés

Technologie des Circuits Intégrés (puces) SSI/MSI (Small Scale Integration /
Medium Scale Integration) qui permettent de placer un nombre important de
transistors sur une même puce en silicium.
Avènement du système d’exploitation complexe.
1971 Kenback 11er micro-ordinateur
4ème génération
1971-77 : La microinformatique
5ème génération


Technologie LSI (Large SI).
Avènement de réseaux de machines.
1976 Apple I (S. Wozniak & S. Jobs,) muni de clavier
- Technologies VLSI / ULSI (Very Large / Ultra large SI) l’intégration de milliers à
des milliards de transistors sur une même puce.
Machine de Von Neumann et machine de Harvard
• Il existe deux architectures informatiques, qui diffèrent dans la
manière d’accéder aux mémoires : L’Architecture de Von Neumann et
l’Architecture de Harvard.
• Dans l’architecture de Von Neumann, les programmes et les données
sont stockés dans la même mémoire et gérés par le même soussystème de traitement de l'information.
• Dans l’architecture de Harvard, les programmes et les données sont
stockés et gérés par différents sous-systèmes. C’est la différence
essentielle entre ces deux architectures.
Machine de Von Neumann
A la fin de 1946 « John Von Neumann » un physicien et mathématicien d’origine
Hongroise, propose un modèle d’ordinateur qui fait abstraction du programme et
se lance dans la construction d’un EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic
Computer).
• John von Neumannn, né Neumannn János Lajos le 28 décembre 1903 à
Budapest (Hongrie), et mort le 8 février 1957 à Washington (États-Unis), est un
mathématicien et physicien.
• le premier à mettre en œuvre la notion de mémoire pour enregistrer un
programme en utilisant le système binaire basé sur deux valeurs (0 et 1).
• Il a donné son nom à cette conception de la machine (ordinateur) qui utilise une
structure de stockage unique pour conserver à la fois les instructions et les
données demandées ou produites par le calcul.
Il a introduit 2 nouveaux concepts dans le traitement digital de
l’information :
• Programme enregistré: Von Neumann, a eu l’idée d’utiliser les
mémoires du calculateur pour emmagasiner les programmes : d’où le
nom de la machine à programme enregistré donné au nouveau type de
calculateur.
• Rupture de séquence : Von Neumann, a eu l’idée de rendre
automatique les opérations de décision logique en munissant la
machine d’une instruction appelée branchement conditionnelle (ou
rupture de séquence conditionnelle).
Cette architecture est à la base de la conception des ordinateurs
jusqu’à nos jours
Description de la machine de Von Neumann
• UAL: effectue les calculs
• UC: commande les autres unités
• Envoie des signaux de contrôle aux autres unités– Supervise le
fonctionnement de l’UAL
• Envoie des signaux d’horloge aux autres unités…
Mémoire : dispositif de stockage de données et programme
• E/S : permettent l’échange d’informations avec les dispositifs extérieurs
Principes de la machine de Von Neumann
• Machine universelle contrôlée par un programme
• Données et programme en mémoire (binaire)
• Exécution séquentielle par défaut
• Possibilité de tests, boucles et sauts conditionnels
• Architecture SISD (Single Instruction Single Data)
– Une UC traite une séquence d’instructions
– Une UAL traite une séquence de donnée
Machine de Harvard
Le nom de cette structure vient du nom de l’université de Harvard où
une telle architecture a été mise en pratique pour la première fois avec
le Harvard Mark 1 créé par Howard Aiken et fut construit par IBM en
1944. Également appelé par IBM Automatic Sequence Controlled
Calculator (ASCC). Il fut le premier ordinateur à utiliser des systèmes de
mémoire séparés (des données et des instructions).
Description de l’architecture de Harvard
• Dans l'architecture dite de Harvard (mise au point dans cette
université américaine en 1930), on sépare systématiquement la
mémoire de programme de la mémoire des données : l'adressage de
ces mémoires est indépendant. Une architecture simple de Harvard
(fig. 2), constituée d’un bus de données, d’un bus de programme et
de deux bus d'adresses.
• Les échanges s'effectuent de manière double entre l'unité centrale et
les deux mémoires, ce qui permet une grande souplesse pour
l'enregistrement et l'utilisation des données. D'ailleurs, la mémoire de
programme est également utilisée en partie comme mémoire de
données pour obtenir encore plus de possibilités de traitement avec
des algorithmes complexes.
Architecture Harvard n’est normalement utilisé que dans les deux
systèmes spécialisés ou à des usages très spécifiques, elle est utilisée
dans le traitement du signal numérique spécialisé (DSP Digital Signal
Processing), typiquement pour le traitement des données vidéo et
audio. Elle est également utilisée dans de nombreux petits
microcontrôleurs dans des applications de l'électronique.
La différence entre l’architecture de Von Neumann et Harvard
Différence
Architecture de Von Neumann
Architecture de Harvard
Nom
Elle porte le nom du mathématicien et informaticien
John Von Neumann
Conception
La conception de l'architecture de Von Neumann est
simple.
Elle a besoin d’une seule mémoire pour les
instructions et les données.
Ne requiert qu'un seul bus pour les instructions et les
données.
Le processeur a besoin de deux cycles d'horloge pour
terminer une instruction.
Le nom provient de « Harvard Mark I », un ancien
ordinateur à relais, projet réalisé à l’université
Harvard
La conception de l'architecture de Harvard est
compliquée.
Elle a besoin de deux mémoires pour les instructions
et les données
Nécessite un bus séparé pour les instructions et les
données.
Le processeur peut compléter une instruction en un
cycle.
Système de
mémoire
Système de bus
Traitement des
instructions
Performance
Coût
Utilisation
Faible performance par rapport à l’architecture de
Harvard.
Coût moins cher.
Principalement utilisée sur toutes les machines (des
ordinateurs de
bureau, des ordinateurs portables et stations de travail
Plus facile à canaliser, donc de hautes performances
peuvent être
atteintes.
Coût relativement élevé.
Concept utilisé principalement dans les
microcontrôleurs et le traitement
du signal numérique (DSP ‘Digital
• Dans l’architecture de Von Neumann le processeur a besoin de deux
cycles d’horloge pour exécuter une instruction, il lit d’abord
l’instruction (mémoire programme) après il accède à la donnée
(mémoire donnée) car il n’y a qu’une seule mémoire.
• Tandis que dans l’architecture de Harvard le processeur prend un
cycle d’horloge pour compléter une instruction, il peut lire une
instruction et accéder à la donnée en même temps car les deux
mémoires sont séparées.
CHAPITRE II: LA STRUCTURE ET LE
FONCTIONNEMENT DE L’ORDINATEUR
Structure de l’ordinateur
Ecran
Clavier
Unité Centrale
• Mémoire
• Microprocesseur
• Disque dur
• Autres
Souris
…
La structure de l’ordinateur suite
L’ordinateur est structuré autour de trois circuits principaux :
1. Les entrées/sorties, qui permettent à l'ordinateur de communiquer
avec l'extérieur ;
2. Une mémoire qui mémorise les données à manipuler ;
3. Un processeur, qui manipule l'information et donne un résultat.
Architecture d’ordinateur
Ordinateur est caractérisé par:
• Les composants matériels qui communiquent entre eux
• Les outil utilisé pour le calcul et le traitement automatique de
l’information
…
Quelles sont les structures de l'ordinateur ?
L’ordinateur est constitué de ces composants
qui sont décrits le plus simplement possible pour permettre
de se familiariser avec le matériel informatique de PC
comme l'alimentation, la carte mère, le processeur et son
ventilateur, la mémoire vive (RAM), le disque dur, le
lecteur/graveur CD/DVD et enfin la carte ...
il permet :
• D’acquérir des informations.
• De conserver des informations.
• D’effectuer des traitements sur les informations.
• De restituer des informations.
Concernant l’organisation de base d’un ordinateur, il doit posséder des
unités fonctionnelles suivantes :
• Unité de traitement (Processeur) : cerveau de l’ordinateur, supervise les
autres unités et effectue les traitements (exécution et calcule).
• Unités de stockage (Mémoire) : lieu de stockage des informations
(programmes et données).
• Unités d’entrées et de sorties (Périphériques) : ce sont les unités qui sont
destinées à recueillir les informations en entrée et à les restituer en sortie.
• Unités de Bus de communication assurent les connections entre les
différentes unités.
• L'unité centrale, dans le langage courant, est le boîtier principal de l’
ordinateur. Elle contient des données, les logiciels, et tous les
périphériques qui y sont reliés : clavier, souris, écran, enceintes...etc.
• Dans un ordinateur portable, tous les composants sont reliés dans un
même bloc.
• L'unité centrale (abrégée UC) désigne l’ensemble opérationnel et
constitutif d'un ordinateur (ou d'un calculateur). Elle se compose au
minimum des éléments essentiels à son fonctionnement tels
qu'une alimentation, un générateur d'horloge, une unité centrale de
traitement, une mémoire centrale et une unité d'entrées-sorties.
Unité de traitement:
• elle effectue, sur les données qu'elle reçoit, les traitements commandés par l'unité
de commande
• au cours des traitements, les données temporaires sont stockées dans des mémoires
locales internes, REGISTRES
Unité de commande:
• Elle séquence les opérations sur l'unité de traitement
• Elle récupère les instructions depuis l'extérieur
• Elle décode les instructions
• Elle demande l'exécution de l'opération à l'unité de traitement
• Elle récupère les comptes rendus d'exécution
Fonctions l'Unité Centrale
Sélectionner et exécuter les instructions du programme en cours
La partie de l’ordinateur qui contient les circuits de base
–La mémoire principale
» la mémoire vive (Random Access Memory)
» la mémoire morte (Read Only Memory)
–La mémoire cache
–Le microprocesseur
»Les circuits de calcul (UAL)
»L’unité de contrôle (ou de commande)
–l’horloge système
–l’unité d’entrée-sortie
Et d’autre…
…
Système à microprocesseur
• Microprocesseur : circuit intégré de très haute technologie, destiné au
traitement de l’information.
Tout système (machine) à microprocesseur doit impérativement contenir les
organes suivants :
• un microprocesseur : sa tâche est d'effectuer des calculs et de gérer
et synchroniser les transferts de données entre les différents
organes du système ;
• une mémoire morte (ROM, EPROM, EEPROM, …) : contient des
programmes essentiels au fonctionnement du matériel. Ce type de
mémoire n’est pas volatile.
• une mémoire vive (RAM) : nécessaire pour l’exécution de tout
programme. Ce type de mémoire est généralement volatile.
• des périphériques d’interface ou d’E/S selon l’exigence de
l'application.
Ces organes sont reliés physiquement par des pistes (lignes) électriques
appelées bus, tels que :
• Le bus de données : permet la circulation des données entre les organes de la
machine;
• Le bus d'adresse : véhicule les adresses des cases mémoires et des
périphériques sollicitée par le microprocesseur;
• Le bus de commandes : véhicule l’ordre à exécuter (ex. une instruction de de
lecture ou d’écriture). Ce bus est aussi utilisé pour le contrôle du bon
fonctionnement des organes via des lignes spécialisées, appelées lignes
d'interruptions matérielles
Les composants d’un ordinateur
Les composants d’un ordinateur
Les grands composants essentiels d’un ordinateur sont:
• Le Processeur qui est la tête pensante d’un ordinateur
• La mémoire Vive (RAM): Un espace de stockage réservé à l’ordinateur. Plus le
mémoire RAM est importante, plus PC est réactif.
• Carte graphique: Elle est responsable de l’affichage de tous les éléments
graphiques comme jeux, les photos, vidéos et logiciels…
• Le disque dur: est l’espace de stockage réservé a l’utilisateur. Il accueille les
documents, programmes, les données…
• La carte mère: est le socle sur lequel tous les éléments viennent s’emboiter.
Elle accueille tous les composants de l’ordinateur et conditionne ses
possibilités d’ évolution.
• Le Lecteur/graveur: il est de fait quasiment indispensable ! Vissé au
boîtier et connecté à la carte mère, il peut lire différents formats.
• Alimentation: Elle va souvent de pair avec le boîtier du PC.
Responsable de l’arrivée du courant électrique, elle se mesure en
watts. Elle se présente sous la forme d’un boîtier, et intègre des
ventilateurs
• Unités d'entrées/sorties (E/S) ou interfaces : servent au transfert de
l’information entre l'unité centrale (processeur ou ensemble de
processeurs) et les unités périphériques plus lentes (ex. les contrôleurs
d’accès mémoire direct).
• Unité centrale : Unité Centrale de Traitement (UCT/CPU) + mémoire centrale
(principale).
• UCT ou CPU (Central Processing Unit) ou bien processeur : comporte l’unité
de commande et de contrôle (UCC) et l’unité arithmétique et logique (UAL).
• Unités périphériques: toutes les unités destinées à la lecture ou l’écriture de
l’information (ex. clavier, écran, imprimante, disques durs, …).
Ouverture de l'unité centrale
• Pour pouvoir explorer l'intérieur d'une unité centrale, il faut d'abord
éteindre l'ordinateur.
• Une fois l'ordinateur éteint, il faut mettre l'interrupteur de courant à
0 (dans le cas où il existe). Il se trouve à l'arrière de l'unité centrale.
Débrancher ensuite le câble de courant (très important).
Chap III. Les composants d’ordinateurs et leurs
fonctionnements
III. 1:Les composants d’un ordinateur
Les grands composants essentiels d’un ordinateur sont:
• Le Processeur qui est le cerveau d’un ordinateur
• La mémoire Vive (RAM): Un espace de stockage réservé à l’ordinateur. Plus le
mémoire RAM est importante, plus PC est réactif.
• Carte graphique: Elle est responsable de l’affichage de tous les éléments
graphiques comme jeux, les photos, vidéos et logiciels…
• Le disque dur/SSD: est l’espace de stockage réservé a l’utilisateur. Il accueille
les documents, programmes, les données…
• La carte mère: est le socle sur lequel tous les éléments viennent s’emboiter.
Elle accueille tous les composants de l’ordinateur et conditionne ses
possibilités d’ évolution.
…
• Le Lecteur/graveur: il est de fait quasiment indispensable ! Vissé au
boîtier et connecté à la carte mère, il peut lire différents formats.
• Alimentation: Elle va souvent de pair avec le boîtier du PC.
Responsable de l’arrivée du courant électrique, elle se mesure en
watts. Elle se présente sous la forme d’un boîtier, et intègre des
ventilateurs
•Système de refroidissement :
•Ventilateurs : Pour refroidir les composants.
•Refroidissement liquide : Une alternative plus avancée pour les PC
puissants.
• Lecteurs optiques (CD/DVD/Blu-ray) : Bien que moins
courants aujourd'hui, ils servent à lire ou écrire des disques
optiques.
• Carte réseau (Ethernet ou Wi-Fi) : Permet à l'ordinateur de se
connecter à un réseau local ou à Internet
• Carte son : Améliore ou gère le son pour les applications
nécessitant une qualité audio élevée
•Cartes d'extension :
•Cartes TV : Pour capter la télévision numérique.
•Cartes d'acquisition vidéo : Utilisées pour le streaming ou l'enregistrement vidéo.
•Dispositifs de stockage externes : Disques durs externes ou clés USB
pour augmenter la capacité de stockage.
•Modules Bluetooth : Pour connecter des périphériques sans fil comme
des écouteurs, claviers ou souris.
•Caméra et microphone : Utilisés pour les visioconférences ou
enregistrement.
•UPS (Alimentation sans coupure) : Protège l'ordinateur des pannes de
courant en fournissant de l'énergie temporaire.
•Éclairages RGB (optionnels) : Purement esthétique, souvent présents sur
les ordinateurs de
•Lecteurs de cartes mémoire : Utilisés pour lire des cartes SD ou
autres types de mémoire externes.
•Capteurs biométriques : Comme les lecteurs d'empreintes
digitales, souvent présents dans les ordinateurs portables pour plus
de sécurité.
•Ports et adaptateurs supplémentaires : USB-C, Thunderbolt,
HDMI, etc., pour connecter divers périphériques.
•Antennes Wi-Fi ou LTE intégrées : Permettent une meilleure
réception et connectivité réseau.
•Unités RAID : Configuration avancée pour la gestion de plusieurs
disques durs ou SSD.
•Modules TPM (Trusted Platform Module) : Pour des fonctionnalités
avancées de sécurité et de cryptage.
•Cartes accélératrices spécifiques : Par exemple, les cartes FPGA
pour les applications professionnelles
La carte mère
1.La carte mère
• L'élément constitutif principal et essentiels de l'ordinateur est la carte mère (en
anglais « Mainboard » ou « Motherboard », parfois abrégé en « Mobo »).
• La carte mère est une carte électronique permettant d'interconnecter tous les
circuits imprimés d'un ordinateur entre eux. C'est la plus grosse carte de
l'ordinateur qui va centraliser toutes les données et les faire traiter par le
processeur.
• La carte mère est la plus grande carte électronique prenant la forme d’un
circuit imprimé. C'est le système nerveux de l'ordinateur car elle assemble et
met en relation tous les composants matériels. Elle permet à tous ses
composants de fonctionner ensemble efficacement car elle assure la connexion
physique des différents composants (processeur, mémoire, carte
d'entrées/sorties, ...) par l’intermédiaire de différents bus (adresses, données et
commande). La qualité de la carte mère est vitale puisque la performance de
l’ordinateur dépend énormément d’elle.
Le rôle de la carte mère
• La carte mère joue le rôle d’irriguer l’ensemble de l’ordinateur. C’est
une grande plaque verte qui remplit le fond de l’ordinateur. La carte
mère comporte plusieurs connecteurs d’extension pour y ajouter du
matériel.
• Elle gère les différents interfaces avec les périphériques prise pour le
éléments internes et ports USB (Universal Serial Bus) pour les
périphériques externes.
Caractéristiques d’une carte mère
Il existe plusieurs façons de caractériser une carte mère, notamment selon les
caractéristiques suivantes :
a. Le facteur d'encombrement (ou facteur de forme, en anglais form factor) : on
désigne par ce terme la géométrie, les dimensions, l'agencement et les
caractéristiques électriques de la carte mère.
Il existe différents formats de cartes mères, comme par exemple : en 1995 ATX
(Advanced Technology eXtended) et Micro-ATX, en 2005 BTX (Balanced Technology
eXtended,), en 2009 ITX (Information Technology eXtended), … etc.
Le format standard le plus utilisé pour les cartes mères
• ATX : format standard, riche en connecteurs (305 × 244 mm)
• Micro-ATX : plus compact, moins de ports (244 × 244 mm)
• Mini-ITX : très petit, pour les mini-PC (170 × 170 mm)
b. Le chipset : (traduisez jeu de composants ou jeu de circuits) : c’est une interface
d’entrée/sortie. Elle est constituée par un jeu de plusieurs composants chargés de
gérer la communication entre le microprocesseur et les périphériques. C’est le lien
entre les différents bus de la carte mère.
c. Le bios (Basic Input Output Service/System) : c’est un programme
responsable de la gestion du matériel (clavier, écran, disque dur,
liaisons séries et parallèles, etc..). Il est sauvegardé dans une mémoire
morte (ROM de type EEPROM) et agit comme une interface entre le
système d’exploitation et le matériel.
d. Le type de support : On distingue deux catégories de supports :
1.Sockets : un socket (en anglais) est le nom du connecteur destiné au processeur. Il s’agit
d’un connecteur de forme carré possédant un grand nombre de petits connecteurs sur
lequel le processeur vient directement s’enficher.
2.Slots : un slot (en anglais) est une fente rectangulaire dans laquelle on insère un
composant. Selon le type de composant accueilli, on peut utiliser d'autres mots pour
designer des slots :
• Un port d’extension ou un connecteur d'extension pour enficher une carte
d'extension
• Un support pour enficher une barrette de mémoire vive
• Un slot pour enficher un processeur, à ne pas confondre avec un socket car certains
processeurs conditionnés sous forme de cartouche.
e. Les ports de connexion : ils permettent de connecter des périphériques sur les
différents bus de la carte mère. Il existe deux sortes de connecteurs (ou ports) :
1. Les connecteurs internes : Il existe des connecteurs internes pour
connecter des cartes d’extension:
PCI : ‘Peripheral Component Interconnect’,
ISA: ‘Industry Standard Architecture’;
AGP: ‘Accelerated Graphics Port’) ou des périphériques de stockage de
masse (IDE aussi appelé PATA ‘Parallel ATA’, SCSI ‘Small Computer
System Interface’, SATA ‘Serial ATA’).
2. Les connecteurs externes (aussi appelé I/O Panel (Input/Output Panel) en
anglais) : Il existe des connecteurs externes pour connecter d’autres périphériques
externes à l’ordinateur :
USB ‘Universal Serial Bus’;
RJ45 ‘Registered Jack’;
VGA ‘Video Graphics Array’;
DVI ‘Digital Visual Interface’;
HDMI ‘High Definition Multimédia Interface’,
DisplayPort,
audio analogiques,
audio numériques,
Firewire… Ect
2. Processeur
Le cerveau' de la machine est le microprocesseur. Il s'agit d'un
composant électronique très sophistiqué et très miniaturisé. Dans cette
'puce' électronique,
on distingue trois sous-unités qui sont respectivement :
• l'unité de traitement (u.t.) : c'est elle qui exécute et organise les
travaux réalisés par le processeur ; ·
• l'unité arithmétique et logique (u.a.l.) qui est spécialisée dans les
calculs simples (additions, multiplications, ...) que doit effectuer le
processeur dans certaines tâches ; ·
• l'unité mathématique qui est spécialisée dans les calculs plus
complexes : c'est la calculatrice scientifique de l'unité de traitement.
Le processeur
C'est le cerveau de l'ordinateur. Il réalise tous les calculs nécessaires au
fonctionnement de l'ordinateur. C'est notamment la fréquence du
processeur, c’est-à-dire la vitesse à laquelle il travaille, qui détermine la
rapidité de votre ordinateur.
Cette fréquence s'exprime en Giga Hertz (GHz). Les ordinateurs sont devenus
"multicoeurs" c’est-à-dire qu'ils possèdent plusieurs processeurs pour
effectuer plus rapidement les tâches demandées. Ainsi :
• Dual Core = 2 cœurs
• Quad Core = 4 cœurs
• Hexa Core = 6 cœurs
• Octa Core = 8 cœurs
Il existe différents modèles de processeurs et cette technologie évolue
rapidement. Les processeurs des marques AMD et Intel sont les plus
fréquemment rencontrés.
Dans la marque Intel par exemple, on
voit généralement les modèles :
• Intel Core i3 qui correspond à
l’entrée de gamme des processeurs
Intel Core.
• Intel Core i5 qui constitue le milieu
de gamme.
• Intel Core i7 et Intel Core i9 qui sont
de la gamme supérieure.
Electroniquement, Le processeur est une puce (circuit intégré très
complexe) d'environ 4cm de côté et quelques millimètres de hauteur,
qui chauffe beaucoup car il est très sollicité. Il est surplombé d'un
radiateur : de fines lamelles métalliques qui vont capter la chaleur
émise par le processeur. Au-dessus du radiateur, un ventilateur va se
charger d’évacuer cette chaleur.
le choix d’un processeur de nos jours répose sur quelques caractéristiques clés qui sont :
• Le nombre de cœurs : pour tirer profit du parallélisme des tâches (exécution en même temps de
plusieurs tâches)
• La mémoire cache : Les processeurs récents comptent à présent trois niveaux de cache. - Le cache
L1 est petit mais exceptionnellement rapide. Il ne contient que les données et instructions
absolument nécessaires aux programmes en cours d’exécution.
• Le L2 est plus gros et un peu moins véloce et stocke des données et/ou instructions qui ont
récemment servi ou risquent de servir.
• Le L3 est de capacité importante mais relativement « lent ». Outre ses fonctions de cache, il
assure la communication entre les différents cœurs. Quand un processeur graphique est
intégré au sein même du processeur (ce qui est de plus en plus courant), le cache L3 lui est
aussi accessible.
Pour une famille de processeurs, la taille des caches L1 et L2 ne varie généralement pas. La taille du
cache L3 est souvent proportionnelle au nombre de cœurs. Plus ils sont nombreux, plus ce cache est
gros…
• La fréquence : Symbolise la puissance des processeurs. Les constructeurs ont « réinventé » le
mode Turbo qui permet aux processeurs de dépasser, largement dans certains cas, leur fréquence
annoncée quand un seul cœur est utilisé (ex. un Core i7 3960X annoncé à 3,3 GHz (quand tous les
cœurs fonctionnent au maximum) peut grimper à 3,9 GHz si un seul cœur est sollicité. Afin
d’économiser de l’énergie, les processeurs ont également une fréquence basse de l’ordre de 1
GHz…).
• La puce graphique : la plupart des processeurs de nos jours embarquent une puce HD Graphics
2000 ou 3000. Ce GPU intégré suffit à toutes les tâches bureautiques et même à des jeux à
condition de limiter la résolution.
Les rôles des principaux éléments d'un
microprocesseur sont les suivants :
• Une unité d'instruction (ou unité de commande, en anglais control unit),
qui contrôle toutes les composantes et qui lit les données arrivantes, les
décode puis les envoie à l'unité d'exécution. L'unité d'instruction est
notamment constituée des éléments suivants :
• Séquenceur (ou bloc logique de commande) chargé de synchroniser l'exécution
des instructions au rythme d'une horloge. Il est ainsi chargé de l'envoi des signaux
de commande.
• Compteur ordinal contenant l'adresse de l'instruction en cours.
• Registre d'instruction contenant l'instruction à exécuter.
• Décodeur d’instruction identifie l’instruction à exécuter qui se trouve dans le
registre RI, puis d’indiquer au séquenceur la nature de cette instruction afin que ce
dernier puisse déterminer la séquence des actions à réaliser.
• Une unité d'exécution (ou unité de traitement), qui accomplit les tâches
que lui a donné l'unité d'instruction. L'unité d'exécution est notamment
composée des éléments suivants :
• L'unité arithmétique et logique (notée UAL ou en anglais ALU pour
Arithmetical and Logical Unit) pour le traitement des données.
• L'unité de virgule flottante (notée FPU, pour Floating Point Unit), qui accomplit les
calculs complexes non entiers que ne peut réaliser l'unité arithmétique et logique.
• Le registre d'état.
• Le registre accumulateur.
• Une unité de gestion des bus (ou unité d'entrées-sorties), qui gère les flux
d'informations entrant et sortant, en interface avec la mémoire vive du
système
Principaux acteurs du marché
• Les deux principaux constructeurs de processeurs actuellement sont
AMD et Intel.
• Intel a été créé en 1968 et c'est actuellement le premier constructeur
mondial de processeurs.
• AMD a été fondé en 1969 en Californie, c'est le deuxième
constructeur mondial de processeurs.
3.La mémoire RAM
La RAM est un type de mémoire qui équipe tout ordinateur et mobile et
qui permet de stocker des informations provisoires.
Son avantage majeur est sa capacité de lecture très rapide par rapport
au disque dur et qui permet une utilisation fluide de l’ordinateur.
RAM veut dire en anglais Random Access Mémory : mémoire à accès
aléatoire (son but n'étant pas de ranger de l'information mais d'y
accéder rapidement et provisoirement)
C'est la mémoire temporaire de l'ordinateur, c'est là que
sont stockés tous les fichiers sur lesquels l'utilisateur est en
train de travailler.
Cette mémoire est temporaire, car les informations sont
supprimées lors de l'arrêt de l'ordinateur. Plus cette
mémoire est importante, plus l'ordinateur travaille
facilement et rapidement et plus il peut gérer des tâches
différentes. La capacité de cette mémoire s'exprime en
"Gigaoctets (Go)".
La mémoire vive se présente sous forme de petites
barrettes que l'on insère dans la carte mère. Un ordinateur
peut ainsi comporter plusieurs barrettes pour avoir au total
(cela dépend des ordinateurs) 4 - 8 - 16 ou 32 Go de RAM.
A quoi servent les barrettes de RAM ?
• Quand vous allumez l’ordianteur, les données dont il a besoin pour
fonctionner se chargent dans la RAM. Pareil lorsque vous lancez un
logiciel : vous observerez qu'il met quelques secondes pour se
charger, le logiciel se charge dans la RAM. Ensuite l'utilisation du
logiciel est fluide et instantanée.
Il existe deux grands types de mémoires RAM :
• Les mémoires statiques
 Dans la mémoire vive statique ou SRAM (Static Random Access Memory), la cellule de base est
constituée par une bascule de transistors (1bit = 4 transistors = 2 portes NOR).
 Elle ne nécessite quasiment pas de rafraichissement.
 Le terme statique, fait référence au fonctionnement interne de la bascule.
 Dans la mesure où ce rafraichissement à un coût en temps, cela explique pourquoi ce type de
mémoire est très rapide, entre 6 et 15 ns, mais assez chère.
 Elle est plus coûteuse qu'une DRAM et utilisée essentiellement pour des mémoires de faibles
capacités comme dans la mémoire cache pour les microprocesseurs.
 Elle est un type de mémoire informatique spéciale utilisée dans certaines applications de recherche
à très haute vitesse. Elle est aussi connue sous le nom de mémoire adressable.
• Les mémoires dynamiques
 Dans la mémoire vive dynamique ou DRAM (Dynamic Random Access Memory), la cellule de base
est constituée par un condensateur et un transistor (1 bit = 1 transistor + 1 condensateur) et le
condensateur est utilisé pour stocker l'information.
 Mémoire électronique à réalisation très simple mais le problème c’est que les condensateurs ont le
défaut de se décharger (perdre lentement sa charge) et ils doivent être rechargés fréquemment (
rafraichissement ).
 Durant ces temps de rechargement, la mémoire ne peut être ni lue, ni écrite, ralentissant donc son
fonctionnement (d'où le terme de Dynamique).
 Peu coûteuse elle est principalement utilisée pour la mémoire centrale de l'ordinateur
4. Le disque dur
4. Le Disque Dur(DD)
• Le disque dur est un composant d'un ordinateur. C'est la mémoire de
l'ordinateur puisque son rôle est de stocker permenant des données
informatiques. Le disque dur contient le système d’exploitation
(ex.Windows), les programmes installés ainsi que les données
personnelles.
• Lorsque vous enregistrez un document, (dans le dossier Mes
documents par exemple), les données sont stockées sur le disque dur.
Sa grande capacité de stockage permet de stocker énormément
d’informations.
Capacités et Octets
• Pour rappel, l'unité de grandeur de capacité en informatique est
l'octet. Un disque dur possède une très grande capacité afin d'être
capable de stocker vos données, le système et les logiciels.
• Aujourd'hui un disque dur atteint plusieurs To (Téra Octets) soit 1000
Go (Giga Octets) soit mille milliard d'octets. On trouve des disques
dur généralement entre 500Go et 2To. C'est une capacité énorme qui
vous permettra de stocker des centaines d'heures de vidéo et
plusieurs milliers d'heures de musique, et quelques milliards de
documents texte.
SSD (Solid-State Drive).
• Les technologies évoluant constamment, le matériel aussi, un
nouveau type de disque dur fait son apparition et remplacera à
l'avenir nos disques durs conventionnels : les disques durs SSD (solidstate drive).
• Ces disques fonctionnent à base de semi-conducteurs et se passent
donc de parties mécaniques, améliorant ainsi grandement la vitesse
de lecture et d'écriture des données. Un SSD est matériellement plus
solide qu'un disque dur classique.
Le disque dur stocke toute la mémoire de votre ordinateur, c'est-à-dire.
Le système d’exploitation (Windows, linux, …etc.)
• Les logiciels
• Les données personnelles
5.Le bloc d'alimentation
• L'alimentation, c'est la centrale électrique de l'ordinateur. Elle reçoit
le courant 230V/50Hz (110V/60Hz en Amérique du nord) et le
converti en 12 Volts et 5V à différents ampérages. Des câbles colorés
en sortent pour aller alimenter chaque élément de l'unité centrale. Sa
caractéristique principale est sa puissance nominale.
6. Carte graphique
La carte graphique est un composant servant d’interface entre votre
unité centrale et l'écran. Elle traduit les données numériques en signaux
vidéo exploitable par l’écran. L'écran est directement relié à cette carte
graphique, elle-même branchée sur la carte mère, et donc reliée au
processeur, le cœur de l'ordinateur. Les cartes graphiques puissantes ont
pour rôle également de gérer les affichages 3D (jeux vidéo) via leur
processeurs (GPU : Graphics Processing Unit)). Les principaux
constructeurs de cartes graphiques sont Nvidia et ATI.
…
Ventilateur et Radiateurs
• Un ordinateur, comme tout appareil électronique, a tendance a très
vite dégager de la chaleur. Il faut donc le refroidir à l'aide de
ventilateurs intégrés dans l'unité centrale, qui ont tendance à aspirer
de la poussière et devenir bruyants au fil du temps.
• Les composants (processeur, circuit intégrés, transistors, résistances,
…etc.) à l’intérieur de l’unité centrale chauffent et parfois même
beaucoup, pour cela des ventilateurs et radiateurs sont placés
stratégiquement pour extraire la chaleur et refroidir ces composants.
Comment est refroidit un ordinateur ?
Les ordinateurs sont équipés de plusieurs ventilateurs et radiateurs qui
sont chargés de récupérer et évacuer la chaleur produite par les
composants.
• Les 2 principales causes de la hausse de température sont le
processeur (le cerveau de l'ordinateur) d'une part, qui a pour rôle de
faire tous les calculs, jusqu'à plusieurs milliards d'opérations par
seconde, et l'alimentation d'autre part, qui converti le 220V/50Hz en
tension compatible avec les composants (12V et 5V).
• Les cartes graphiques puissantes sont aussi responsable de la
température..
• Certains boitiers (contenant un processeur puissant) sont équipé d’un
ventilateur à l'avant ou sur le côté gauche de l'unité centrale, chargé
de capter l'air frais extérieur. A l'arrière, un autre ventilateur se
charge d’expulser l'air chaud, créant ainsi un courant d'air.
• Le ventilateur est une pièce d'usure, c'est pour cette raison que votre
ordinateur devient bruyant au fil du temps. Il est possible de faire
changer les ventilateurs chez un magasin d'informatique.
• Le radiateur est une pièce métallique composée de fines lamelles
espacées afin de capter la chaleur et la diffuser rapidement. Le
processeur, qui chauffe beaucoup, possède un radiateur juste audessus, surmonté lui-même d'un ventilateur
.
Chapitre IV: Périphériques
Chapitre V:Périphériques
On appelle périphérique tout matériel qui peut-être
connecté à l’ordinateur pour y faire entrer des
informations ou / et les recevoir en sortie.
On distingue 4 types de périphériques :
• Périphériques d’entrées
• Périphériques de sorties
• Périphériques d’entrées et sorties
• Périphériques des stockages
• Comme on l’a déjà vu, un ordinateur est constitué d’une unité de traitement qu’on
appelle matériellement processeur, d’une mémoire centrale et des unités
d’entrées/sorties, celles-ci permettent de relier différents périphériques à l’ordinateur.
• Pour comprendre le fonctionnement d’un ordinateur, il ne suffit pas de connaître les
unités qui le composent mais aussi les liens qui existent entre elles.
• Il faut savoir aussi qu’un ordinateur ne fonctionne qu’à base d’un programme, celui-ci est
une suite d’instructions écrites par le programmeur pour réaliser un travail déterminé.
• On rappelle qu’un programme est une succession d’instruction écrites dans un langage
codé que l’ordinateur peut interpréter.
• L’ordinateur exécute ce programme instruction par instruction du début jusqu’à la fin. Au
début, le programme et les données sont chargés en mémoire centrale à partir d’une
unité de stockage (disque par exemple).
• Chaque instruction et chaque donnée du programme occupe une adresse bien
déterminée en mémoire centrale.
.
Imprimante
Lecteur de disque
( Ordinateur
)
Ecran
CPU
+
MC
Lecteur de
bandes
+
UE/S
Exemple de périphériques
Souris
1. Périphériques d’entrées
Périphériques d’entrées:
• Ils recueillent les informations qui sont ensuite transformées (numérisées i.e.
codées en binaires) pour être utilisables par la machine et transférées en
mémoire principale (mémoire de l’UC).
• Ils servent à fournir des informations (ou des données) au système informatique
• Ils servent à transmettre les informations à l'ordinateur. Exemples :
• Souris: Permet de déplacer le curseur à l'écran
• Clavier (des claviers AZERTY ou QWERTY ): introduire des textes et des commandes)
• Microphone : introduire des sons et de la parole
• Caméra : Introduire de la vidéo
• Lecteur optique: Introduire des données à partir de CD ou DVD
• Scanner: Numérisé des photos
• Tous de type de capteurs: Capteur de chaleurs, d'acidité, etc.
La souris
La souris:
• est un périphérique d‘entrée, permettant à communiquer avec l‘ordinateur à
l‘égal du clavier. Toutefois, la souris est beaucoup plus intuitive. Associée
au pointeur de souris( curseur) et à l interface graphique tous deux visibles à
l écran, elle permet de « toucher » l écran du doigt afin d' appuyer sur
différents boutons, dessiner, jouer...
• est un manipulateur pour entrer les commandes dans l’ordinateur. La souris
est constituée par une petite boîte avec deux ou trois boutons; sur la partie
d’en bas il y a une bille qui tourne sur le tapis. Le mouvement de la souris
est matérialisé sur l’écran d’une flèche ou d’un symbole adapté à telle ou
telle situation particulière : c’est ce que l’on appelle pointeur de la souris.
•
.
Les types des cliques sont:
• Cliquer (click) veut dire appuyer sur le bouton gauche de la souris
(par exemple pour sélectionner quelque chose). Si vous appuyez sur
• le bouton droit de la souris on dira tout simplement cliquer droit
(right-click).
• Cliquer double ou double clic signifie appuyer deux fois de suite (sans
y mettre un long intervalle de temps ; c- à- d à intervalle rapproché)
sur le bouton gauche. Glisser la souris (drag) –déplacer la souris tout
en maintenant son bouton gauche.
…
• Cliquez déplacez: Cliquez avec le bouton gauche sur un
élément(Icone, dossier) et restez appuyé.
• Déplacez votre souris, l’élément se positionnera à l’endroit oû vous
relâchez le bouton de votre souris
• La roulette ou molette:
• Arrivé récemment dans le monde des souris
• La souris à roulette facilite grandement la lecture de documents longs et de
site web. Habituellement les documents et sites web sont trop grands pour
être affichés d’un seul tenant à l’ écran. Ils sont associe à un ascenseur
permettant de faire défiler leurs contenus progressivement. Toutefois cela a
rapidement obligé les utilisateurs à constamment se concenter sur
l’ascenceur plutôt que sur le document.
2. Les périphériques de sortie (ou organes de sortie)
Les périphériques de sortie :
• Transmettent l’information binaire de l’UC vers l’extérieur sous une forme
compréhensible par l’utilisateur.
• servent à recevoir les informations provenant de l'ordinateur vers l'extérieur.
Ils permettent de traduire les informations de leurs formes codées ( de 1 et
de 0) vers leurs formes naturelles.
Exemple :
• L'écran
• L'imprimante
• Table traçante
• Synthétiseur vocal
• Synthétiseur musical
• Haut parleur, etc.
Les périphériques externes de sortie
Parmi les périphériques externes de sortie, on distingue l’imprimante,
l’écran (ou moniteur), la projecteur ainsi que le haut parleur de temps
en temps. Le moniteur est utilisé comme le matériel de sortie. Il
possède l’écran comme celui de la télévision.
.
Ecran plat
et
Ecran cathodique
Ecran
• On distingue deux types d’écran, soit les écrans cathodiques (qui
apparentent aux anciens modèles de télèviseurs) et les écrans plats,
qui équipent les ordinateurs portables et qu’on retrouve de plus en
plus avec les ordinateurs de bureau et les televisions numerique.
• Les écrans se distinguent les uns des autres par leur taille physique
(Soit la longueur de la diagonale: 15 pouces, 17 pouces, 21pouces,
etc…), ainsi que par leur résolution est élevée, c’est-à-dire le nombre
de pixels que écran peut afficher: plus la résolution est élevée,plus
claire est image.
Les caractéristiques du moniteur
• La définition : c’est le nombre de points que le moniteur peut
afficher. Ce nombre de points est actuellement compris entre
640X480 (640 points en longueur et 480 points en largeur) et 1600X
1200. Un point de l’écran s’appelle le pixel.
• La taille : il ne faut pas confondre la définition et la taille de l’écran. La
taille se calcule en mesurant la diagonale de l’écran et elle est
exprimée en cm. Il existe les moniteurs de diagonale: 35,5cm; 38cm;
40,6cm; 50,8cm.
• La résolution : Elle détermine le nombre de points par unité de
surface (points par pouce=2,55 cm).
L’Imprimante
Il existe cinq types d'imprimantes :
1. Les imprimantes laser,
2. les imprimantes à jet d'encre,
3. les imprimantes tout-en-un,
4. les imprimantes de bureau
5. les imprimantes sans fil.
Par exemple:
• L’imprimante laser, qui peut sortir 12 pages par minute ; Le
imprimante laser dépose sur le papier une poudre (tonner) qui est
immédiatement séchée à haute température, d’où une meilleure
finesse de grain. La vitesse moyenne des imprimantes lasers va de 8 à
14 pages à la minute. Les imprimantes lasers autorisent des tirages
importants (de 2500 à 6000 copies par mois, voir plus).
• l’imprimante à jet d’encre qui peut sortir 6 pages par minute,
• l’imprimante matricielle qui est trop lent.
3. Périphériques des stockages
• Pour stocker et conserver des données, il existe plusieurs types de
supports. Certains sont internes, d’autres externes.
• •Support de stockage interne : Le disque dur
• Supports de stockage externes :
Périphériques de Stockages
• Stockage Interne:
• Le disque dur (hard disk) Le disque dur est l’organe de l’ordinateur servant à conserver les
données de manière permanente, contrairement à la RAM qui s‟efface à chaque redémarrage de
l‟ordinateur. Le disque dur est fixé dans un ordinateur, il ne peut pas être déplacé à part si on
enlève d’abord la couverture de l’ordinateur pour le déplacer, mais dans ce cas l’ordinateur va
travailler seulement après qu’on ramène un autre disque dur. Le volume du disque dur varie
entre 20 Mo et 40 Go, To,…, mais avec l’évolution de l’électronique la limite supérieure change
toujours. Sur l’ordinateur le disque dur est représenté par la lettre C.
• Stockage Externe
• Disques magnétiques ou disquettes (floppy disk) : Ces disques sont aussi destinés à conserver les
informations pour une longue durée. Contrairement au disque dur ces disquettes, permettent de
déplacer les informations d’un ordinateur à un autre.
• CD-ROM CD-ROM (compact disc- read only memory = mémoire à lecture seul) et DVD. Le CD-ROM
est un type de mémoire permettant de stocker des données nécessaires pour le démarrage de
l’ordinateur. Le lecteur CD-ROM permet de lire les informations se trouvant sur le CD-ROM (ou
disque laser). Le CD-ROM peut conserver les informations jusqu’à 650 Mo,au plus (limite
inférieure) et DVD jusqu’à 4Gb. Le lecteur CD-ROM est caractérisé par sa vitesse : c- à- d, le
nombre d’informations qu’il peut lire dans une seconde.
4.Périphériques d’entrées et sorties
• Disque dur
• Disquette
• Disque optique (CD)
• Flash Disque
• Modem
Port de l’ordinateur
Les différents port de l’ordinateur
• Vidéo Moniteur
• MIDI Joystick, clavier musical
Série
• Imprimante
• AUDIO: Haut-parleurs (SPK), micro (MIC) et
chaine hifi (Line IN/OUT)
• USB
• USB-C
• Thunderbolt 3/4.
• Adaptateur et Hub USB-C.
• Station d'accueil USB-C.
• HDMI.
• Mini-DisplayPort / DP.
• Ethernet / RJ-45
CHAP V: Les Mémoires
• Une mémoire numérique est un dispositif permettant d'enregistrer et
de conserver de manière fiable des informations binaires pour
pouvoir les relire ultérieurement. Elle fait intervenir, quelle que soit la
technologie employée pour conserver l'information, trois éléments
fonctionnels : un support physique pouvant conserver l'information,
un moyen d'enregistrement (l'écriture) et un moyen de restitution (la
lecture).
• Un mot de mémoire se retrouve à chaque adresse.
• Les mots sont constitués de plusieurs bits,
• On décrit une mémoire grâce à deux chiffres (indépendants):
• le nombre d’adresses possibles, ici: 216 = 65,536 adresses
• la taille des mots de la mémoire, ici: 8 bits = 1 octet)
Les mémoires qui peuvent se lire et s’écrire possèdent au moins trois
signaux de contrôle du microprocesseur:
• Lecture de la mémoire;
• Écriture de la mémoire;
• Activation (Enable) de la mémoire.
Types de mémoires
• Les mémoires peuvent être:
• volatiles: perdent leur contenu lorsqu’elles perdent leur alimentation;
• ou non-volatiles: conservent leur contenu même sans alimentation.
• Les mémoires volatiles peuvent être:
• Statiques: n’ont pas besoin d’être lues pour conserver leurs valeurs
• Dynamiques: nécessitent un rafraîchissement de leur données de façon périodique ,
si les données d’une mémoire dynamique ne sont pas “lues” régulièrement, elles
s’effacent.
• Les mémoires
• ROM: ne peuvent pas être écrites (Read Only Memory)
• RAM: peuvent être écrites (Random Access Memory);
• Les noms sont donnés aux mémoires en fonction de ces caractéristiques.
Par exemple, SRAM est de la RAM Statique
Une classification des mémoires suivant la
possibilité de lecture/écriture/reprogrammation
Les mémoires peuvent être lues, écrites, ou reprogrammées. La distinction entre lecture et
écriture permet de distinguer les mémoires ROM et RWM. Mais la distinction entre écriture
et reprogrammation rend les choses
• Les mémoires ROM (Read Only Memory) sont accessibles en lecture uniquement, mais ne
peuvent pas être écrites ou reprogrammées. Les mémoires mask ROM ainsi que les CDROM sont de ce type.
• Les mémoires de type WOM (Write Once Memory), aussi appelées mémoires à
programmation unique, sont des mémoires fournies vierges, que l'on peut reprogrammer
une seule fois. Les mémoires PROM et les CD/DVD vierges inscriptibles une seule fois, sont
de ce type.
• Les mémoires PROM, aussi appelées mémoires reprogrammables peuvent être lues, mais
aussi reprogrammées plusieurs fois, voire autant de fois que possible. Les mémoires
EPROM et EEPROM, ainsi que les CD/DVD réinscirptibles sont dans ce cas.
• Les mémoires RWM (Read Write Memory) peuvent être lues et écrites, la
reprogrammation étant parfois possible sur certaines mémoires, bien que peu utile.
plus compliquées.
Les types des mémoires
La mémoire en informatique est le lieu de stockage permanent ou non
de l’information. On dénombre :
1. Les Registres: mémoire non permanente interne au CPU. On
compte :
• Registre mot (registre d’instruction): Sa taille classique actuelle est 32 ou
64 bits.
• Registre adresse (compteur Ordinal): contient l'adresse d'un mot. La
longueur max de l’adresse est : log2 (Nombre_de_mots_en_Mémoire
Principale).
2. La mémoire vive ou RAM (Random Access Memory)
• mémoire à accès direct à taille limitée
• Son contenu est volatile, il est perdu à chaque fois que l’ordinateur ne
fonctionne pas : d’où le besoin d’utiliser de la mémoire auxiliaire rémanente
• Endroit où l’ordinateur stocke temporairement les données et instructions
(programmes) qu’il est en train d’utiliser et d’exécuter
• contient tous les programmes en cours d’exécution
si le programme ne contient pas en mémoire vive, seule une partie est chargée,
l’autre étant stockée en mémoire auxiliaire. Le temps d’accès de la mémoire
auxiliaire étant plus grand que celui de la mémoire vive, plus la RAM est
importante, plus l’exécution des programmes est rapide.
• Capacité standard : 8Mo, 16Mo ou 32Mo
…
Une mémoire vive peut désigner :
• Mémoire volatile: si elle perd son contenu avec la coupure du courant.
• Mémoire dynamique RAM (DRAM): si elle est volatile mais elle est rafraîchie périodiquement (ex., environ
100 fois par seconde) pour charger le condensateur qui l’alimente.
• DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) : est une SDRAM à double taux de transfert pouvant expédier et
recevoir des données deux fois par cycle d'horloge au lieu d'une seule fois
• Mémoire Statique SRAM (Synchrone DRAM) ): mémoire volatile ne nécessitant pas de rafraichissement. Elle
est rapide (quelques ns) mais chères et de faible capacité (quelques Mo à cache).
• VRAM (Vidéo RAM) : si elle a 2 ports pour pouvoir être accédée simultanément en lecture et en écriture.
• SIMM (Single In-line Memory Module): idem à DIMM mais en 32 bits.
• Mémoire flash : mémoire RAM basée sur une technologie EEPROM. Le temps d'écriture est similaire à celui
d'un disque dur (ex. mémoire d’appareils photos, téléphone, USB (flash) disk, Memory Stick, ...).
• Modules mémoire DIMM (RAM) [Dual In-line Memory Module]: groupe de puces RAM fonctionnant en 64
bits et généralement montées sur un circuit imprimé de forme rectangulaire, appelé barrette, que l'on
installe sur la carte mère d'un ordinateur. Modules SIMM [Single In-line Memory Module]: idem à DIMM
mais en 32 bits.
3. La mémoire morte (Read Only Memory - Mémoire en
lecture seule)
• mémoire permanente et inaltérable.
• mémoire qui ne s'efface pas par coupure de courant.
• contient des petits programmes écrits par le constructeur
pour la mise en route de l’ordinateur
• sert à conserver du code et des paramètres du système
nécessaire au fonctionnement de l'ordinateur
On trouve des ROMs sur la carte mère (elle contient le BIOS), dans les
cartes graphiques, dans les cartes réseau, etc.
…
Les mémoires mortes sont classées selon la possibilité de les programmer et de les
effacer :
• Les ROM (Read Only Memory) dont le contenu est défini lors de la fabrication.
• Les PROM (Programmable Read Only Memory) sont programmables par l’utilisateur,
mais une seule fois en raison du moyen de stockage, les données sont stockées par des
fusibles.
• Les EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) sont effaçables et
programmables par l’utilisateur.
• Les UVPROM or Flash EPROM (Ultra Violet Programmable Read Only Memory) sont des
mémoires programmables par l'utilisateur. Elles sont effaçables en les mettant dans une
chambre à ultraviolet. Les UV Prom ont été remplacées par les EEPROM qui ne
nécessitent pas d’être extraites de l'appareil pour être reprogrammées.
• Les EEPROM (de l'anglais Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sont
effaçables et programmables par l’utilisateur. Elles sont plus faciles à effacer que
les EPROM car elles sont effaçables électriquement donc sans manipulations physiques.
• FLASH EPROM : La mémoire Flash est programmable et effaçable électriquement
comme les EEPROM. Exemple : appareil photo numérique - lecteur MP3
4. La mémoire cache
La transmission entre la RAM et le microprocesseur est plus lente que
le potentiel de vitesse du microprocesseur
• Mémoire cache:
• zone de mémoire ultra-rapide où sont conservées les données et instructions
qui reviennent le plus souvent
• mémoire interne de petite taille (dizaines de Ko)
Elle peut être interne ou externe au CPU. Elle se situe entre le CPU et la
RAM, entre le CPU et un disque Dur , entre le CPU et une autre cache.
Son rôle est de stocker des données récemment accédées.
Sa taille varie de quelques centaines de Ko à quelques Mo mais elle est
rapide par rapport à la MP.
• Capacité standard : 256Ko ou 512Ko
• Le principe est d’utiliser le niveau secondaire, dans ce cas-ci le disque
dur, pour étendre la capacité de la mémoire principale
• Très utile pour les machines multi-tâche et pour les serveurs. Chaque
tâche peut utiliser la mémoire principale comme si elle était seule.
L’illusion est parfaite, d’où l’expression de « mémoire virtuelle ».
• N’oubliez pas que les RAM aujourd’hui que classiques sont plusieurs
giga et que nombre d’applications (dont l’OS) nécessitent autant sinon
plus d’espace mémoire. La mémoire RAM est coûteuse.
• La table intermédiaire est un MMU (Memory Management Unit)
entre le CPU et la mémoire principale, pour traduire toute adresse
logique en une adresse physique (soit dans la RAM soit sur le disque)
5.La mémoire Principale (MP)
• La mémoire centrale ou principale (MP): C'est une mémoire à semiconducteurs. Elle comporte la mémoire vive (RAM) et la mémoire
morte (ROM) ainsi que ses dérivées (PROM, EPROM, …).
• Une MP comprend une mémoire ROM (petite capacité) pour stocker
les programmes nécessaires fonctionnement du matériel, et une
mémoire vive et volatile (RAM) pour l’exécution des programmes.
• Mémoire vive [Read Write Memory]: pouvant être lue et écrite. Elle
est chargée d’une partie du système d'exploitation pendant le
fonctionnement de l'ordinateur et de tout ou partie de programme
en exécution (ainsi que ses données).
Une MP comprend une mémoire ROM (petite capacité) pour stocker les programmes nécessaires
fonctionnement du matériel, et une mémoire vive et volatile (RAM) pour l’exécution des programmes.
• Mémoire vive [Read Write Memory]: pouvant être lue et écrite. Elle est chargée d’une partie du système
d'exploitation pendant le fonctionnement de l'ordinateur et de tout ou partie de programme en exécution
(ainsi que ses données). Une mémoire vive peut désigner :
• Mémoire volatile: si elle perd son contenu avec la coupure du courant.
• Mémoire dynamique (DRAM): si elle est volatile mais elle est rafraîchie périodiquement (ex., environ 100
fois par seconde) pour charger le condensateur qui l’alimente.
• Mémoire statique (SRAM): mémoire volatile ne nécessitant pas de rafraichissement. Elle est rapide
(quelques ns) mais chères et de faible capacité (quelques Mo à cache).
• VRAM [Video RAM] : si elle a 2 ports pour pouvoir être accédée simultanément en lecture et en écriture.
• Mémoire flash : mémoire RAM basée sur une technologie EEPROM. Le temps d'écriture est similaire à celui
d'un disque dur (ex. mémoire d’appareils photos, téléphone, USB (flash) disk, MemoryStick, ...).
• Modules mémoire DIMM (RAM) [Dual In-line Memory Module]: groupe de puces RAM fonctionnant en 64
bits et généralement montées sur un circuit imprimé de forme rectangulaire, appelé barrette, que l'on
installe sur la carte mère d'un ordinateur. § Modules SIMM [Single In-line Memory Module]: idem à
DIMM mais en 32 bits.
6.La mémoire de masse
• La mémoire de masse (secondaire ou auxiliaire) d'un ordinateur
sont des dispositifs de stockage de grande capacité, non volatils, qui
permettent de conserver les données de manière permanente, même
lorsque l'ordinateur est éteint. Elle est caractérisée par sa grande
capacité
• Les exemples les plus courants incluent les disques durs (HDD: Hard
Disk Drives), les disques SSD (Solid State Drives), les clés USB, les
cartes mémoire, les CD-ROM et les DVD-ROM.
Capacité et temps d’accès
La mémoire : désigne le nombre de bits pouvant être lus ou écrits simultanément
par le processeur.
• Sa longueur classique était de 32 bits et elle est passée actuellement à 64 bits.
• Capacité (taille) d'une mémoire: c’est le nombre de bits (registres) ou d'octets
[bytes] (1 octet = 8 bits) qu'elle peut contenir, ex., 1 Téra octets (To) pour
certains disques durs internes, 3 To pour les disques durs externes et 4Go pour
certaines Mémoires principales (RAM).
• Chaque type possède des fonctionnalités différentes en termes d'adéquation,
de durabilité, de portabilité et de vitesse.
• Temps d'accès mémoire: c’est le temps pour la lecture ou l’écriture d'un mot
mémoire. Il varie de quelques dizaines de microsecondes (10-6) à quelques
nanosecondes (10-9 s).
• Cycle mémoire: c’est le temps minimal entre 2 accès mémoire.
• Débit: nombre d'informations lues ou écrites par seconde.
• Temps d'accès registre: il est environ 10 fois plus court que le temps
d'accès mémoire. Pour qu’il n’y ait pas de perte de temps le processeur
utilise soit une mémoire entrelacée, une mémoire cache ou de nombreux
registres. Ceci permet au CPU de lancer successivement des opérations
d'accès à des blocs différents sans attendre la fin des transferts, chaque
bloc ayant son propre registre d'adresse et son registre mot-mémoire.
• Mémoire entrelacée: signifie mémoire divisée en blocs. L’entrelacement
consiste à placer les mots se trouvant à des adresses successives dans des
blocs différents.
Structure physique d’une mémoire centrale
Concernant la structure physique d’une mémoire centrale , elle contient les
composants suivants :
• RAM (Registre d’adresse Mémoire) : ce registre stock l’adresse du mot à lire ou à
écrire.
• RIM (Registre d’information mémoire) : stock l’information lu à partir de la
mémoire ou l’information à écrire dans la mémoire.
• Décodeur : permet de sélectionner un mot mémoire.
• R/W : commande de lecture/écriture, cette commande permet de lire ou d’écrire
dans la mémoire (si R/W=1 alors lecture sinon écriture)
• Bus d’adresses de taille k bits
• Bus de données de taille n bits
Pour le principe de sélection d’un mot mémoire, lorsqu’une adresse est chargée
dans le registre RAM, le décodeur va recevoir la même information que celle du
RAM. A la sortie du décodeur nous allons avoir une seule sortie qui est active, donc
cette sortie va nous permettre de sélectionner un seul mot mémoire.
La capacité de la mémoire peut être calculée pour différents dispositifs
de mémoire tels que les cartes mémoire, les lecteurs USB et les
lecteurs à semi-conducteurs. La capacité d’une carte mémoire (MC)
peut être calculée en multipliant le nombre de blocs par la taille du
bloc.
Par exemple, une carte mémoire de 16 Go avec une taille de bloc de
512 octets aurait une capacité de 16 x 1024 x 1024 x 1024 / 512 =
33554432 blocs.
La mémoire centrale se mesure actuellement par milliers de
mégaoctets.
On a :
• 1 bit : (état électronique 1 ou 0) = unité élémentaire de l'information (Binary
Element)
• 1 octet = 1 caractère = 8 bits = 23 bits.
• 1 Kilo-octets = 210 octets = 1024 octets
• 1 Méga-octets = 210 Kilo-octets = 220 octets
• 1 Giga-octets = 210 Megaoctets = 220 Kilo-octets = 230 octets
La capacité de la mémoire peut être calculée pour différents dispositifs
de mémoire tels que les cartes mémoire, les lecteurs USB et les
lecteurs à semi-conducteurs. La capacité d’une carte mémoire (MC)
peut être calculée en multipliant le nombre de blocs par la taille du
bloc.
Par exemple, une carte mémoire de 16 Go avec une taille de bloc de
512 octets aurait une capacité de 16 x 1024 x 1024 x 1024 / 512 =
33554432 blocs.
• Un mot de n bits peu avoir 2n combinaisons différentes.
• La capacité est exprimée aussi en octet (ou byte) ou en mot de 8, 16,
32 ou 64 bits. On utilise des puissances de deux, avec les unités
suivantes :
Kilo 1K = 210
Méga 1M = 220 Giga
1G = = 230 Téra
1T = 240 Péta
1P = 250…
Comment calculer la capacité de la mémoire
Capacité d’une mémoire = Nombre de mots * Taille du mot
• Taille de bus d’adresse = Nombre de lignes d’adresses donc Nombre de
mots = nombres de lignes d’adresses
Et aussi Taille de bus de données = Taille du mot
Exemple:
une mémoire de la taille du bus d’adresses K=16 et la taille du bus de
données N=8.
Calculer la capacité de cette mémoire en bit, en Octet et en Kilo Octet?
Solution:
la capacité =216 * 28= 224 bits = 221 octets = 21 K octets
Exercice 1 :
Dans une mémoire la taille du bus d’adresses K=16 et la taille du bus de
données N=8.
Calculer la capacité de cette mémoire ?
Solution :
• Capacité d’une mémoire = Nombre de mots * Taille du mot
• On a alors Capacité=216 mots de 8 bits donc Capacité = 216 * 23 = 219 bits =
216 octets = 213 K octets
Exercice1 :
Une mémoire a une capacité de 8 mots de 16 bits chacun. On exprime également cette
capacité en nombre d’octets ou de bits. Calculer la capacité d’une mémoire.
Solution :
• Capacité d’une mémoire = Nombre de mots * Taille du mot
• Notre mémoire a donc :
 une capacité en Octets (8*2 octets) 16 octets
 une capacité en bits de (8*16 bits) 128 bits.
Exercice 2 :
Dans une mémoire la taille du bus d’adresses K=16 et la taille du bus de données N=8.
Calculer la capacité de cette mémoire ?
Solution :
• Capacité d’une mémoire = Nombre de mots * Taille du mot
• On a Taille de bus d’adresse = Nombre de lignes d’adresses donc Nombre de mots =
2nombre de lignes d’adresses
Et aussi Taille de bus de données = Taille du mot
Alors Capacité=216 mots de 8 bits donc Capacité = 216 * 23 = 219 bits
CHAP VI: UNITE DE TRAITEMENT
(CPU)
L’unité de traitement est l’élément de l’ordinateur qui exécute les
instructions du programme. Elle est en relation étroite avec la mémoire
centrale car c’est là où elle puise les instructions du programme et les
données à traiter. Cette figure montre la relation entre CPU et la
mémoire.
• CPU, pour Central Processing Unit, soit Unité Centrale de Traitement)
permet les échanges de données entre les différents composants
(disque dur, mémoire RAM, Carte graphique, …) et de manipuler des
informations numériques, c'est-à-dire des informations codées sous
forme binaire et d'exécuter les instructions stockées en mémoire. Sa
puissance est exprimée en Hertz.
• Electroniquement, Le CPU est une puce (circuit intégré complexe)
d'environ 4cm de côté et quelques millimètres d’épaisseur en silicium
regroupant quelques centaines de millions de transistors, qui chauffe
beaucoup car il est très sollicité
• Le CPU est constitué d'un ensemble d'unités fonctionnelles reliées entre
elles.
…
L’unité Centrale de traitement :
• L’UCT encore dénommé Microprocesseur est le cerveau de
l’ordinateur. Il permet de manipuler des informations
numériques, c’est-à-dire des informations codées sous forme
binaire, et d’exécuter les instructions stockées en mémoire.
• L’unité de traitement se charge de l’exécution des programmes et de
la coordination entre les différentes unités de l’ordinateur, plus
précisément :
Elle effectue les opérations de calcul arithmétique et logique.
Elle commande et contrôle l’exécution des opérations et les transferts
d’information, entre les différentes unités.
Les rôles des principaux éléments d'un
microprocesseur
1.Une unité d'instruction (ou unité de commande, en anglais control unit), qui
contrôle toutes les composantes et qui lit les données arrivantes, les décode
puis les envoie à l'unité d'exécution. L'unité d'instruction est notamment
constituée des éléments suivants :
a. Séquenceur (ou bloc logique de commande) chargé de synchroniser l'exécution des
instructions au rythme d'une horloge. Il est ainsi chargé de l'envoi des signaux de
commande.
b. Compteur ordinal contenant l'adresse de l'instruction en cours.
c. Registre d'instruction contenant l'instruction à exécuter.
d. Décodeur d’instruction identifie l’instruction à exécuter qui se trouve dans le
registre RI, puis d’indiquer au séquenceur la nature de cette instruction afin que ce
dernier puisse déterminer la séquence des actions à réaliser.
2. Une unité d'exécution (ou unité de traitement), qui accomplit
les tâches que lui a donné l'unité d'instruction. L'unité d'exécution est
notamment composée des éléments suivants :
3. L'unité arithmétique et logique (notée UAL ou en anglais ALU
pour Arithmetical and Logical Unit) pour le traitement des données.
a. L'unité de virgule flottante (notée FPU, pour Floating Point Unit), qui
accomplit les calculs complexes non entiers que ne peut réaliser l'unité
arithmétique et logique.
b. Le registre d'état.
c. Le registre accumulateur.
.
4. Une unité de gestion des bus (ou unité d'entrées-sorties), qui
gère les flux d'informations entrant et sortant, en interface avec la
mémoire vive du système.
L’unité de traitement est composée de deux unités fonctionnelles, ce
sont l’unité arithmétique et logique (UAL) et l’unité de commande et de
contrôle (UCC).
• L’UAL s’occupe de toutes les opérations arithmétiques et logiques qu’effectue
l’unité de traitement.
• L’UCC commande l’exécution de toutes les opérations à tous les niveaux (UAL,
mémoire et entrées/sorties) ainsi que le contrôle de leur déroulement, c’est
en quelque sorte le chef de chantier de l’unité d traitement.
• UCC (Unité de Commande et de Contrôle) : commande et contrôle le
fonctionnement de l'UAL, de la mémoire et des E/S. Elle se charge de
chercher l’instruction à exécuter dans la mémoire principale (et les
données qu'elles utilisent), décode cette instruction, et envoie le cas
échéant un signal à l'UAL pour se préparer à l'exécution.
• UAL: réalise les opérations arithmétiques, logiques et de comparaison
contenus dans l’instruction et effectue aussi des échange de données
avec la mémoire vive.
Unité Arithmétique et Logique
C’est le cœur du processeur, l’UAL (l’abrégé de l’unité arithmétique et
logique) est chargé de l’exécution de tous les calculs que peut réaliser
le microprocesseur
…
C’est un circuit combinatoire qui produit un résultat (S) sur n bits en
fonction des données présentes sur ses entrées (E1 et E2) et de la
fonction à réaliser (f) et met à jour les indicateurs.
Fonctions de l’UAL
L’UAL permet de réaliser différents types d’opérations sur des données de la
forme S= f (E1, E2) :
Des opérations arithmétiques : additions, soustractions, ...
Des opérations logiques : ou, et, ou exclusif, ...
Des décalages et rotations.
Elle met par ailleurs à jour des indicateurs d’états (ou drapeaux ou flag) en
fonction du résultat de l’opération effectuée
Définitions relatives à l'UAL - Jeu d'instructions
Jeu d'instruction: C’est l’ensemble des opérations et tâches réalisées par
l'UAL. Le jeu d’instructions comporte six groupes :
• Transfert de données : chargement, déplacement, stockage,
transfert de données entre registre-registre ou mémoire-registre,
…etc.
• Opérations arithmétiques: les 4 opérations en virgule fixe ou
flottante et en simple ou multiple précision.
• Opérations logiques: NOT, AND, OR, XOR, …etc.
• Contrôle de séquence: branchement impératif ou conditionnel,
boucle, appel de procédure, …etc.
• Entrées/sorties: Lecture, Ecriture, Affichage, …etc.
• Manipulations diverses: décalages de bits, conversions de format,
incrémentation ou décrémentation du registre, …etc.
Définitions relatives à l'UAL - Registres
Les registres de l'UAL sont accessibles au programmeur, contrairement aux
registres de l'UCC. On dénombre :
• Registres arithmétiques: destinés pour les opérations arithmétiques (+, -,
*, /, complément à1, ...) ou logiques (NOT, AND, OR, XOR),
l'accumulateur(ACC) pour stocker le résultat, ….
• Registres d'index: pour stocker l'index d'un tableau de données et ainsi
calculer des adresses dans ce tableau
• Registre d'état: chacun de ses bits indique un état, ex. le bit C indique un
dépassement de capacité dans l'ACC et le bit Z indique si le résultat de
l'opération est égal à 0.
• Registre pointeur : d'une pile ou de son sommet.
• Registres généraux : pour diverses opérations, ex., stocker des résultats
intermédiaires
• Registres spécialisés : destinés pour certaines opérations comme les
registres de décalages, registres des opérations arithmétiques à virgule
flottante, …etc.
Définitions relatives à l'unité de commande et
de contrôle (UCC)
Nous allons voir dans ce qui suit la relation qui existe entre l’UAL et
l’unité de contrôle et de commande UCC qui forment toutes les deux,
l’unité de traitement (exemple : processeur).
• L’unité de commande et de contrôle (ou unité de commande tout
court) accomplit bien deux fonctions distinctes : commander et
contrôler.
• L’UCC dirige le fonctionnement de toutes les autres unités de
l’ordinateur (L’UAL, Mémoire, Entrée/sortie), pour cela elle utilise des
circuits pour décoder les instructions du programme et les
transformer en signaux vers toutes les autres unités.
• Les composants d’une UCC qui lui permettent d’accomplir ses tâches.
L’unité de contrôle et de commande
L’unité de commande et de contrôle :
L’unité de commande et de contrôle se charge des tâches suivantes :
• Contrôle toutes les opérations d’entrée/sortie.
• Contrôle le déroulement de l’exécution du programme dans l’UAL.
• Commande toutes les unités et les échanges qui s’effectuent entre elles.
La fonction de commande permet à l’UCC de répartir les rôles entre les
unités.
La fonction « contrôle » permet à l’UCC de surveiller le déroulement des
opérations de calcul, de transfert de données et autres opérations
d’entrée/sortie. Elle lui permet ainsi de détecter les erreurs, de les signaler
et de les corriger.
.
UCC: commande et contrôle le fonctionnement de l'UAL, de la mémoire et des
E/S. De plus, elle se charge de chercher, une par une, les instructions d’un
programmes en mémoire RAM (et les données qu'elles utilisent), décode
chaque instruction et envoie un signal à l'UAL pour en déclencher l'exécution.
• Elle comporte :
• le Compteur ordinal (CO) ou compteur de programme : contient l'adresse de la
prochaine instruction à exécuter. Lorsque les instructions sont exécutées
séquentiellement, le CO est augmenté de 1 à chaque cycle de CPU (chaque
impulsion de son horloge); sinon, un branchement ou un saut est fait en mettant
une nouvelle adresse dans le CO; cette adresse est alors utilisée pour chercher en
mémoire l'instruction qui lui est relative et la mettre dans le RI.
• le registre d'instruction (RI) : contient l'instruction à exécuter. Chaque instruction
comprend, - un champ code-opération (ex., le code de l'instruction sommation (+))
; - de 0 à 4 champs opérande (i.e., les termes de l'addition).
• le Décodeur (d'instructions) : décode l'instruction à exécuter. Pendant que les
adresses des champs opérande sont utilisées pour aller chercher les opérandes, le
décodeur grâce au champ code opération indique au séquenceur quelle opération
doit être effectuée.
• Séquenceur (circuit complexe activé par le décodeur): sous l'impulsion de l'horloge
système
• Elle génère les signaux de commande (déclenchant et aussi
synchronisant l'exécution des différentes unités participant à
l'exécution d'une instruction), il met à jour le Compteur ordinal (CO).
• Horloge système : sert à synchroniser le travail des différentes unités
participant à l'exécution d'une instruction.
L’UCC utilise le bus de commande pour ordonner la mémoire centrale
de transférer l’instruction, l’adresse de l’instruction étant véhiculée par
le bus d’adresse. L’instruction est alors transférée via le bus de donnée
vers l’UCC où elle sera décodée afin de détecter l’opération à effectuer
et les opérandes (données) nécessaires à l’opération. Les données sont
ensuite transférées vers l’UAL via le bus de données de la même
manière que l’instruction. L’UAL exécute l’opération et fournit le
résultat qui sera transféré en mémoire centrale. L’adresse de la
prochaine instruction à exécuter est déterminée automatiquement par
l’UCC, et ainsi de suite, le même cycle se reproduit jusqu’à épuisement
de toutes les instructions du programme.
Unité de commande
Les impulsions générés par l’horloge à intervalles réguliers déterminent le temps
de cycle de la machine. L’exécution d’une instruction prend généralement plus
d’un cycle, car une instruction comporte généralement :
• le temps de chargement de l’instruction (fetch),
• le temps de décodage de l’instruction,
• le temps de chargement des opérandes et de calcul de leur adresse effective,
• le temps d’exécution proprement dit.
• le temps d’écriture du résultat (writeback).
En utilisant un pipeline, il est quand même possible d’émettre une instruction
par cycle si toutes ces opérations peuvent être effectuées en parallèle.
Etapes d’un cycle de recherche d’instruction
(fetch)
1. Transfert de l’adresse de la nouvelle instruction de CO à RA. La
génération d’une impulsion de lecture par l’unité de commande
provoque le transfert de l’instruction cherchée vers RM qui fonctionne
comme registre tampon pour tous les échanges avec la mémoire.
2. Transfert de l’instruction dans RI. Instruction = code opération + adresse
opérande L’adressage de l’opérande peut demander le calcul de l’adresse
effective, ce qui consomme des cycles machine. Pendant que l’adresse de
l’opérande est envoyée à RA, le code opération est transmis au décodeur
qui détermine le type d’opération demandée et le transmet au
séquenceur.
3. Le CO est incrémenté en vue du cycle de recherche suivant.
Séquenceur
Le séquenceur est un automate qui a la responsabilité de générer les
signaux de commande nécessaires pour actionner et contrôler les unités
participant à l’exécution d’une instruction donnée.
Cette fonction peut être réalisée de deux façons : séquenceur câblé ou
séquenceur microprogrammé.
Un séquenceur câblé est un circuit séquentiel complexe qui fait
correspondre à chaque instruction un sous-circuit capable de commander
son déroulement.
On peut obtenir le même résultat avec une suite de micro-instructions
stockées dans une mémoire de microprogrammation. Ce microprogramme
est capable de générer une suite de signaux de commande équivalent à
celle qui serait produite par un séquenceur câblé
Structure d’une unité de commande et de
contrôle
Les principaux éléments d’une UCC sont :
• Le compteur ordinal (CO) qui est un registre ;
• Le registre instruction (RI) ;
• Le décodeur qui est un circuit combinatoire ;
• Le séquenceur qui est un circuit séquentiel en général.
• Horloge
…
a. Le compteur ordinal (CO)
Comme son nom l’indique, ce registre sert à compter les instructions, il contient
l’adresse de la prochaine instruction à exécuter. Le compteur ordinal (CO) est
incrémenté automatiquement après chaque utilisation.
b. Le registre instruction (RI)
Il contient l’instruction en cours d’exécution. La taille du RI est égale à la taille du mot
mémoire.
c. Le décodeur :
C’est un circuit combinatoire qui détermine quelle opération doit-être effectuée.
d. Le séquenceur :
Le séquenceur est un automate générant les signaux de commande nécessaires pour
actionner et contrôler les unités participant à l’exécution d’une instruction donnée.
e. L’horloge :
Une horloge est un système logique qui émet régulièrement une suite
d’impulsion calibrées. L’intervalle de temps entre deux impulsions est
appelé période ou encore temps de cycle.
Le rôle de l’horloge dans l’UCC est de générer des signaux périodiques
qui définissent le cycle de base (ou cycle de machine) qui correspond à
la durée élémentaire régissant le fonctionnement de la machine. De ce
fait, l’horloge synchronise toutes les actions du processeur.
:
Les BUS
Les entités sont reliées par des bus selon le
schéma synoptique suivant:
Le bus
• En informatique, le mot bus, désigne l’ensemble des liaisons
électrique (nappes, pistes de circuits imprimés, etc.) utilisées par
plusieurs éléments matériels afin de communiquer entre eux. Si cette
liaison relie deux éléments seulement, elle est appelée port matériel
(port série, port parallèle, etc.).
• Un bus est un ensemble de fils (conducteurs électriques) qui assure la
transmission des informations binaires entre les éléments de
l’ordinateur. Il y a plusieurs bus spécialisés en fonction des types de
périphériques concernés et de la nature des informations
transportées : adresses, commandes ou données.
Comment s’exécute une instruction ?
Il existe 03 types de bus qui font la liaison entre les différentes unités, il
s’agit du :
Bus de données.
Bus de commandes.
Bus d’adresse.
Le bus de commande est utilisé par l’UCC pour donner des ordres
(commandes) aux unités en relation, ces ordres sont généralement de quatre
types :
Commande de lecture (lecture en mémoire centrale).
Commande d’écriture (écriture en mémoire centrale).
Commande d’exécution (à l’unité arithmétique et logique).
Commande d’E/S (aux unités d’E/S).
• Le bus d’adresses d’E/S est utilisé par l’unité de contrôle et de
commande pour indiquer l’adresse des instructions et données en
mémoire centrale.
• Le bus de données est utilisé pour véhiculer les instructions et les
données (opérandes) et les résultats.
Exemple de programme
Explication des instructions:
Le programme renferme six (06) instructions, trois données a, b en entrée et
S en sortie.
• L’instruction (1) indique le commencement du programme.
• L’instruction (2) commande l’entrée d’une valeur pour la variable a en
mémoire.
• L’instruction (3) commande l’entrée d’une valeur pour la variable b en
mémoire.
• L’instruction (4) commande l’exécution de l’opération d’addition des deux
opérandes a et b et de mettre le résultat dans la variable S.
• L’instruction (5) commande l’affichage du résultat contenu dans la variable
S sur écran.
• L’instruction (6) indique la fin du programme.
Types de bus de données
• Les bus séries : ils permettent des transmissions sur de grandes
distances. Ils utilisent une seule voie de communication sur laquelle les
bits sont envoyés les uns à la suite des autres. Exemples : USB, SATA.
• Les bus parallèles : sur un bus parallèle plusieurs bits sont transmis
simultanément. Ils sont utilisés sur des distances courtes par exemple ;
pour relier le processeur à la mémoire. Exemple : PATA.
Caractéristiques d'un bus
Bus est caractérisé par :
• Sa largeur : un bus est caractérisé par le volume d’informations qui peuvent être
envoyées en parallèle (exprimé en bits) correspond au nombre de lignes physiques sur
lesquelles les données sont envoyées de manière simultanée. Ainsi la largeur désigne
le nombre de bits qu’un bus peut transmettre simultanément.
Exemple : une nappe de 32 fils permet ainsi de transmettre 32 bits en parallèle.
• Le volume d'informations transmises simultanément. Cette quantité (en bits)
correspond au nombre de lignes physiques servant à envoyer les données de manière
parallèle. Une nappe de 32 fils permet de transmettre 32 bits en parallèle.
• Sa vitesse ou sa fréquence (en Hz) exprimant le nombre de paquets de données
envoyés ou reçus par seconde. Il est possible de connaître la quantité de données
qu’un bus peut transporter par unité de temps, en multipliant sa longueur de mot par
sa fréquence.
Un bus de 16 bits, cadencé à une fréquence de 133 MHz possède donc un taux de transfert égal à :
16 * 133.106 = 2128*106 bit/s = 266*106 octets/s
= 266*103 Ko/s = 266 Mo/s
• Son débit : Le débit maximal du bus (ou le taux de transfert maximal) est la
quantité de donnée qu’il peut transfert par unité de temps, en multipliant sa
largeur par sa fréquence.
Débit (octets/s) = (nombre de transferts par seconde * largeur) / S
Bande passante (en Mo/s) = largeur bus (en octets) * fréquence (en Hz)
Exercice :
Un bus de 8 bits, cadencé à une fréquence de 100 MHz. Calculer le taux de
transfert.
Solution :
Le bus possède donc un taux de transfert égal à :
Taux de transfert = largeur bus * fréquence
= 8 * 100.106 = 8. 108 bits/s = 108 octets/s
Sous-ensembles de bus
• Un bus est formé en général de 50 à 100 lignes physiques distinctes,
partagées en trois sous-ensembles fonctionnels :
• Le bus d'adresses (bus d'adressage ou bus mémoire) : transporte les adresses des cases
mémoires où le processeur souhaite lire ou écrire une donnée. C’est un bus
unidirectionnel.
• Le bus de données : transporte les instructions (opérations + données) à exécuter. C'est
un bus bidirectionnel.
• Le bus de contrôle (bus de commandes) : transporte les ordres et les signaux de
synchronisation issus de l’UCC vers l'ensemble des composants matériels, et aussi les
réponses de ces composants à l’UCC. C'est bus bidirectionnel.
Principaux bus
On distingue généralement sur un ordinateur deux principaux bus :
• Bus système (bus interne, en anglais internal bus ou front-side bus, noté FSB)
: permet au processeur de communiquer avec la mémoire centrale du
système (mémoire vive ou RAM) comme les bus d’adresse et de données.
• Bus d'extension (bus d'entrée/sortie) : permet aux divers composants liés à la
carte-mère (USB, série, parallèle, cartes branchées sur les connecteurs PCI,
disques durs, lecteurs et graveurs de CD-ROM, etc.) de communiquer entre
eux. Il permet aussi l'ajout de nouveaux périphériques grâce aux connecteurs
d'extension (appelés slots) qui lui y sont raccordés.
La performance d’un bus est conditionnée par sa capacité de transport
simultané (16, 32, 64 bits …) et par l’électronique qui le pilote (le chipset).
Exemple de liaison par bus
Le bus - le décodeur d'adresses
Décodeur d'adresses: à partir de l'adresse envoyée sur le bus, il envoie un
signal d'activation à l'unité destinataire. Ceci permet de sélectionner une
seule unité à la fois.
Registres
Lorsque le processeur exécute des instructions en cours de traitement,
les données sont temporairement stockées dans de petites mémoires
(rapides de 8, 16, 32 ou 64 bits) que l'on appelle registres. Suivant le
type de processeur le nombre global de registres peut varier d'une
dizaine à plusieurs centaines.
Il existe deux types de registres :
• Registres visibles par l’utilisateur (manipulable par le programmeur) :
un registre utilisateur est un registre référençable pour les instructions
exécutées par le processeur. On trouve différentes catégories :
• Données : ne peuvent pas être employées pour le calcul d’adresses.
• Adresses : souvent dévolues à un mode d’adressage particulier (contenant des valeurs de
base ou d’index).
• Conditions (flags) : constitués d’une suite de bits indépendants dont chacun est positionné
en fonction du résultat d’une opération. - Autres : n’ont pas de fonction spécifique.
• Registres de contrôle et des statuts (non visible par le programmeur) :
utilisés par l’unité de commandes pour contrôler l’activité du processeur
et par des programmes du système d’exploitation pour contrôler
l’exécution des programmes. Quatre registres sont essentiels à l’exécution
d’une instruction. Ils sont utilisés pour l’échange avec la mémoire
principale :
• Le compteur ordinale (CO ou PC, pour Program Counter) : contient l’adresse de la prochaine
instruction à exécuter.
• Le registre d’instruction (RI ou IR, pour Instruction Register) : contient l’instruction en cours de
traitement.
• Le registre d’adresse mémoire (MAR, pour Memory Adress Register) : contient une adresse
mémoire et il est directement connecté au bus d’adresse.
• Le registre tampon mémoire (MBR, pour Memory Buffy Register) : contient un mot de
données à écrire en mémoire ou un mot lu récemment. Il est directement connecté au bus de
données et il fait le lien avec les registres visibles par l’utilisateur.
Chap VII: Les cartes graphiques
La carte graphique est un composant servant d’interface entre votre unité centrale et l'écran. Elle traduit les
données numériques en signaux vidéo exploitable par l’écran. L'écran est directement relié à cette carte
graphique, elle-même branchée sur la carte mère, et donc reliée au processeur, le cœur de l'ordinateur. Les cartes
graphiques puissantes ont pour rôle également de gérer les affichages 3D (jeux vidéo) via leur processeurs (GPU
: Graphics Processing Unit)).
L'utilité d'une carte graphique
• L'affichage de Windows à l'écran
La première utilité d'une carte graphique, c'est de convertir les
informations numériques de l'ordinateur en un affichage
compréhensible par l'homme, les textes, les images, les icônes, les
fenêtres, bref tout ce que Windows nous montre.
• Le montage
La carte graphique peut s'avérer très utile lorsque vous faites du
montage vidéo. Le montage d'une vidéo est une activité gourmande en
termes de ressources à un ordinateur et la carte graphique peut aider
dans cette tâche. Une fois un montage terminé, il faut "encoder" la
vidéo, c'est à dire que l'ordinateur va générer le fichier du film ainsi
monté. C'est une opération très lourde qui nécessite un ordinateur
assez puissant et une bonne carte graphique.
Sur Windows, vous retrouvez gratuitement Windows Movie Maker. En
logiciels simples d'utilisation il existe Adobe Premiere elements. Parmi
les logiciels professionnels on retrouve Adobe Premiere, After Effect...
• Les jeux vidéo
L'intérêt des cartes graphiques prend son ampleur si vous souhaitez
jouer à des jeux vidéo sur votre ordinateur : Etant de plus en plus
vastes et de plus en plus réalistes, les jeux sont très gourmands en
puissance et en mémoire. Contrairement à une console (Xbox,
Playstation...) qui possèdent une configuration matérielle fixe jusqu'à la
prochaine génération de consoles, les éditeurs de jeux sur ordinateur
ne sont pas limités donc chaque nouveau jeu demandera davantage de
puissance à votre ordinateur que le précédent, d'où le fait que l'on
peut se retrouver en moins d'un an avec une configuration matérielle
dépassée !
• La Création 3D
Dans le domaine professionnel, les cartes graphiques ont toute leur
importance : Architectes, Ingénieurs concepteurs des pièces
mécaniques ou d'automobiles, créateurs de films d'animation, de jeux
vidéo... ont tous besoin d’ordinateurs puissant muni de cartes
graphiques puissantes afin de créer des choses toujours plus détaillées
et complexes.
Les principaux constructeurs de cartes graphiques
• Nvidia
Nvidia est l'un des plus grands fournisseurs de cartes graphiques au
monde pour PC (ordinateur personnel), que ce soit des cartes "chipset"
(intégrées à la carte mère) ou cartes graphiques externes
• La société a été fondée en 1993 à Santa Clara et aujourd'hui des
centaines de millions de cartes graphiques ont été vendues dans le
monde, pour les PC et les consoles. Les cartes deviennent tellement
puissantes que ce sont de vrais petits ordinateurs à elles seules.
• AMD-ATI
ATI, devenu désormais AMD, est le principal concurrent de Nvidia. Fondée en
1985 au Canada. ATI est racheté par le géant AMD en 2006, fabricant de
matériel informatique et notamment de processeurs.
C'est l'éternelle guerre entre AMD et Nvidia, qui chaque année sortent de
nouvelles technologiques et des cartes graphiques toujours plus puissantes,
repoussant davantage le réalisme. On remarquera que le design des cartes
graphique est très travaillé (malgré le fait qu'elles se trouvent dans une unité
centrale, donc on ne les voit pas).
Connectiques de cartes graphiques
• VGA:
La connectique VGA (Video Graphic Array), de couleur bleue, est le plus ancien
des branchements d'un ordinateur. Encore beaucoup d'ordinateurs possèdent
ce type de branchement.
• DVI
Le DVI (digital visual interface), de couleur blanche, est le remplaçant du VGA,
et permettant de meilleures performances d'affichage à l'écran (surtout utile
pour la vidéo et les jeux). Si votre carte graphique et votre écran possèdent ce
branchement, préférez-le au VGA
• HDMI
Le HDMI est un branchement universel faisant référence à la Haute
Définition. Un branchement HDMI sur votre ordinateur vous permettra
de le relier très facilement à un écran de télévision, afin de regarder les
films de votre ordinateur sur votre téléviseur
• Le multi-écran
Les cartes graphiques équipées de plusieurs branchements, par
exemple 2 DVI ou un DVI et un VGA offrent la possibilité de brancher 2
écrans sur le même ordinateur afin d'étendre l'espace de travail
Windows, ce qui peut s'avérer très pratique pour ceux qui travaillent
avec beaucoup de fenêtres ouvertes.
Références
1. John L. Hennssy et David A. Patterson, Architecture des ordinateurs : une
approche quantitative, McGraw-Hill, 1992
2. Andrew Tanenbaum, Architecture de l’ordinateurs, Pearson education, 2005
3. Emmanuel Lazard, Architecture de l’ordinateur, Pearson education, 2006
4. Arvind and Krste Asanovic, Cours de MIT,
http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Electrical-Engineering-andComputerScience/6-823Fall-2005/
5. Hakim Amrouche, Cours Structure machine,
http://amrouche.esi.dz/doc/ch7_memoires.pdf
6. Support de cours de MIT adapté par M. Eleuldj 2008,
http://www.emi.ac.ma/~eleuldj