Architecture des ordinateurs

Plan du cours
1
Histoire de l’ordinateur
2
Présentation générale
3
Représentation interne des informations
4
Encodage de l’information
5
Circuits logiques
6
Composants électroniques
7
Mémoires
8
Unité centrale de traitement
9
Superordinateurs et microprocesseurs
10
Entrées / sorties
11
Assembleur
12
Introduction au langage MIPS
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Principe de fonctionnement
Les entrées/sorties dans l’architecture de Von Neumann
unités
d’entrée/sortie
s duUnités
programmed’entrées-sorties
de la mémoire
Transfèrent les informations entre
l’unité
centrale
truction
et passage
à l’UALetpourles unités
périphériques.
avec éventuellement appel à la
e. Bus
Ensemble des lignes de liaison qui
assurent les communications entre
les différents composants de
l’ordinateur.
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. . .
unité centrale
de traitement
unité de contrôle
ou
ou unité de commande
registres
Un ordinateur a besoin d’échanger de
l’information avec l’environnement
extérieur (e.g., charger des
nnées depuis un périphérique dans la
programmes, communiquer, afficher).
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mémoire centrale
unité arithmétique
et logique
ou
ou principale
unité de traitement
ou
unité de calcul
périphériques
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Entrées-sorties et périphériques
Unités périphériques
Unités d’échange de données avec le
monde extérieur (écran, clavier,
souris, imprimante, modem) et
mémoires auxiliaires (disques) qui
permettent de stocker de façon
permanente. Chaque périphérique est
associé à un contrôleur.
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Architectures et procédures d’entrées/sorties
C’est le CPU qui prend l’initiative de toute entrée ou sortie. Comment
gérer les entrées/sorties sans dégrader les performances de toute la
machine ?
Liaison directe CPU-périphérique. Problème de la grande
différence de vitesse et perte de temps du CPU qui est bloqué
pendant l’échange ;
Liaison directe avec interruption ;
Délégation de la gestion de l’échange (canaux, DMA). L’idée est
de suspendre l’exécution du programme le temps d’un cycle-mémoire
et de le donner à un composant qui gère l’échange (technique du
vol-de-cycle).
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Système d’interruption
Lorsque le périphérique est prêt à effectuer un échange élémentaire, il
envoi un signal au CPU pour ”interrompre” l’exécution en cours. Le
contrôle du CPU est renvoyé à un programme de traitement de
l’évènement stocké en mémoire à partir d’une adresse liée à l’interruption.
Le CPU n’attends pas ;
Temps perdu à échanger les programmes et leur contexte.
Système d’interruption
Dispositif, incorporé au niveau du séquenceur, qui enregistre et traite les
signaux d’interruption envoyés au CPU :
1
Arrêter le programme en cours ;
2
Sauvegarder l’état de la machine ;
3
Exécuter le programme de service de l’interruption ;
4
Rétablir l’état de la machine ;
5
Reprendre l’exécution du programme interrompu.
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Accès direct à la mémoire (DMA)
Le DMA est connecté entre un
contrôleur de périphérique et le
bus système, permettant ainsi au
périphérique d’accéder à la
mémoire sans passer par le CPU.
Transfère des blocs de
données ;
Prioritaire sur le CPU ;
Intégrité des données non
vérifiée ;
Possède son propre RA et
RM ainsi qu’un compteur
(pour savoir quand signaler
au CPU que les données sont
prêtes).
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Canaux d’entrées/sorties
Processeurs spécialisés pouvant
exécuter des programmes
d’entrées/sorties.
Programmables ;
Prioritaire sur le CPU ;
Plus performant que les
DMA ;
Vérifie l’intégrité des
données ;
Permet a plusieurs
périphériques de travailler en
même temps.
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Contrôleur de périphérique
Chaque périphérique doit être relié à un bus ou à un canal par
l’intermédiaire d’une électronique appropriée : le contrôleur (ou unité de
liaison). Il adapte la diversité des périphériques à une interface commune,
obéissant aux normes adoptées par le constructeur.
Soulage le canal ou tout autre dispositif d’échange ;
Processeur spécialisé avec ses registres, sa mémoire tampon, ses
circuits, etc ;
Un contrôleur peut contrôler plusieurs périphériques de mémé type ;
S’occupe de la gestion des incidents, détection des erreurs, conversion
de formats, etc.
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Bus (1/2)
Bus
Système de câblage transportant des signaux électriques qui interconnecte
les unités de l’ordinateur. Transmet des signaux correspondant à trois type
d’information : adresses, données et commandes.
Architectures à bus unique (e.g., microordinateur) ;
Architectures à bus spécialisés ;
Maximum 2 unités peuvent utiliser un bus en même temps ;
Un bus est caractérisé par sa fréquence et le nombre de bits qu’il peut
transmettre simultanément (si >1 alors bus parallèle, sinon bus série).
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Bus (2/2)
Les bus peuvent être :
synchrone : la transmission des données est cadencée par une
horloge ;
asynchrone : la transmission des données est réalisée à intervalle de
temps variable (e.g., après un ordre du CPU).
Types de bus et technologies
On distingue les bus suivants :
Le bus système (bus interne) : permet au processeur de
communiquer avec la mémoire centrale (+1Go/s) ;
Le bus d’extension (bus local, bus E/S) : permet l’ajout de
périphérique, relié au bus système par un bridge e.g., PCI, PCI-X,
AGP, PCI-Express, ExpressCard
Les bus externes : qui viennent se connecter sur le bus d’extension
e.g., ATA, SATA, SCSI, SAS, PC Card, IEEE1394 (FireWire), USB
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