Architecture des ordinateurs
publicité
Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Architecture des ordinateurs Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Définition d'un ordinateur Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Architecture de Von Neumann (Années 1940) Von Neumann : Mathématicien, inventeur de l'architecture des ordinateurs modernes : L’architecture de Von Neumann décompose l’ordinateur en 4 parties distinctes 1. L’unité arithmétique et logique : Effectue les opérations de base ; 2. L’unité de contrôle : séquençage des opérations ; 3. La mémoire qui contient à la fois les données et le programme qui dira à l’unité de contrôle quels calculs faire sur ces données. La mémoire se divise entre mémoire volatile et mémoire permanente. 4. Les entrées-sorties, qui permettent de communiquer avec l'extérieur. Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Architecture de base d'un ordinateur L'architecture de base de l'ordinateur est : - carte mère - mémoire de masse - mémoire vive - processeur Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Carte mère Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Carte mère - Générations de cartes mères - Rôle des chipsets - Bus - Socket du processeur - BIOS Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Cartes mères : Époque Pentium II Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Cartes mères : Récente Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Bus et ponts Chaque bus est composé de 50 à 100 lignes physiques contenant : - Un bus de données - Un bus d'adresses - Un bus de contrôle Réduction du nombre de voies physiques pour relier les équipements. Propriété d'un bus : Largeur x fréquence = bande passante Principaux bus : FSB : Processeur > Pont Nord Bus mémoire : RAM > Pont Nord Bus matériel : USB, PCI, Sata, … Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Rôle des chipsets : Exemple avec une carte mère Intel Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele • • • • • BIOS Première prise en charge du matériel Bips et avertissements physiques Démarrage de l'ordinateur par POST Possibilité de le mettre à jour (flashage) Plus de BIOS = Rachat de carte mère Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Processeur Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Processeurs - Rôle du processeur - Type d'architectures - Unités du processeur Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Rôle du processeur Un microprocesseur est un processeur dont les composants ont été suffisamment miniaturisés pour être regroupés dans un unique circuit intégré. Le processeur effectue les calculs et traite les données demandées par les applications. Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Lois de Moore • Moore, un des trois ingénieurs fondateurs d'Intel a énoncé deux lois : • 1ère Loi : 1965 : La complexité des semi-conducteurs entrée de gamme doublait tous les ans à coût constant depuis 1959, date de leur invention, Moore postulait la poursuite de cette croissance • 2ème loi : 1975 : le nombre de transistors des microprocesseurs (et non plus de simples circuits intégrés moins complexes car formés de composants indépendants) sur une puce de silicium double tous les deux ans. Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Générations de processeurs Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Générations de processeurs Date Nom Nombre de transistors 1971 4004 2 300 1974 8080 6 000 1979 8088 1982 Finesse de gravure (µm) Fréquence de l'horloge Largeur des données MIPS 108 kHz 4 bits/4 bits bus 6 2 MHz 8 bits/8 bits bus 0,64 29 000 3 5 MHz 16 bits/8 bits bus 0,33 80286 134 000 1,5 6 MHz 16 bits/16 bits bus 1 1985 80386 275 000 1,5 16 à 40 MHz 32 bits/32 bits bus 5 1989 80486 1 200 000 1 25 à 100 MHz 32 bits/32 bits bus 20 1993 Pentium 3 100 000 0,8 à 0.28 60 à 233 MHz 32 bits/64 bits bus 100 1997 Pentium II 7 500 000 0,35 à 0.25 233 à 450 MHz 32 bits/64 bits bus 300 1999 Pentium III 9 500 000 0,25 à 0.13 450 à 1400 MHz 32 bits/64 bits bus 510 2000 Pentium 4 42 000 000 0,18 à 0.065 1,3 à 3.8 GHz 32 bits/64 bits bus 1 700 2004 Pentium 4D « Prescott » 125 000 000 0,09 à 0.065 2.66 à 3.6 GHz 32 bits/64 bits bus 9 000 2006 Core 2™ Duo 291 000 000 0,065 2,4 GHz (E6600) 64 bits/64 bits bus 22 000 2007 Core 2™ Quad 2*291 000 000 0,065 3 GHz (Q6850) 64 bits/64 bits bus 2*22 000 (?) 2008 Core 2™ Duo (Penryn) 410 000 000 0,045 3,33 GHz (E8600) 64 bits/64 bits bus ~24 200 2008 Core 2™ Quad (Penryn) 2*410 000 000 0,045 3,2 GHz (QX9770) 64 bits/64 bits bus ~2*24 200 2008 Intel Core i7 (Nehalem) 731 000 000 0,045 (2008) 0,032 (2009) 2,93 GHz (Core i7 940) 3,2 GHz (Core i7 Extreme Edition 965) 64 bits/64 bits bus ? Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Loi de Wirth • Wirth est professeur d'informatique suisse. Il a inventé plusieurs langages de programmation (notamment Pascal et ses dérivés) et énoncé la loi de Wirth en 1995. • Loi de Wirth : 1995 : Le logiciel ralentit plus vite que le matériel n'accélère. Les éditeurs de logiciels s'appuient sur la loi de Moore pour éviter d'optimiser le code. Les logiciels sont donc de plus en plus lourds, globalement, les traitements logiciels n'accélèrent pas alors que les processeurs sont plus rapides. Le terme obésiciel est utilisé pour les logiciels très lourds, par exemple la suite MS Office ou Nero Burning Rom. Architecture matérielle Organisation du processeur : http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele • Ordonnanceur : – Attribue à chaque tâche un niveau d'importance et un temps défini. • Accumulateur : – Stockage des données en cours de traitement par l'UAL • UAL : – Unité capable d'effectuer des calculs mathématiques • Compteur ordinal : – Contient l'adresse mémoire de la donnée en cours d'exécution • Registres : – Stockent diverses informations. Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Architectures de processeurs : • CISC (Complex Instruction Set Computer) • Processeurs x86 (Intel et AMD avant Pentium) • RISC (Reduced Instruction Set Computer) • Processeurs Sparc (Sun), IBM dont les PowerPC utilisés sur Mac • Aujourd'hui : • Sur Intel et AMD : Architectures RISC dans laquelle est émulée un jeu d'instructions CISC (IA 32). • Performances comparables entre CISC et RISC. Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Architectures de processeurs : Architecture historique Architecture pipeline Super Scalaire Super Pipeline (Pentium IV) Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Mémoires Architecture matérielle Mémoires : • Mémoire de masse : http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele – – – – Disques durs, CD, DVD, mémoires Flash Permettent de stocker de façon durable les données. 1000 fois plus lente que la RAM ! Non volatile. Peut contenir une extension de la mémoire vive : Swap ou mémoire paginée ou mémoire virtuelle. • Mémoire vive : – RAM, mémoire graphique – Permet de stocker temporairement une information pour pouvoir la rendre disponible au processeur – Mémoire rapide, mémoire volatile. • Mémoire cache : – Mémoire interne au processeur – La plus rapide des mémoires. Mémoire volatile. Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele • Statique : Mémoires vives – La mémoire réserve une taille définie pour chaque emplacement. C'est au programmeur de s'adapter. • Paginée : – La mémoire réserve des emplacements non contigus et de taille variable en fonction du besoin du programme. – Une adresse logique pour un ensemble d'adresses physiques. – Nécessite un équipement qui ordonne ces pages de mémoire. • Segmentée : – Un programme se voit allouer des segments de mémoire pour : » Le tas, la pile, les variables d'environnement, le code exécutable. Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Organisation de la mémoire Grâce au MMU, le CPU ne voit qu'une adresse logique alors que la mémoire est paginée en plusieurs adresses physiques CPU Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Processus dans une mémoire segmentée Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Les mémoires de stockage Architecture matérielle Les ROMs et dérivées http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele • ROM : – Mémoire en lecture seule. Non modifiable. • PROM : – Mémoire programmable physiquement une seule fois par brûlure des fusibles. • EPROM : – Mémoires reprogrammables en utilisant des rayons UV (avec une machine particulière) • EEPROM ou mémoires Flash : – Mémoires reprogrammables électriquement. – Utilisées sur tous les équipements de petite taille (Clés USB, PDA, téléphones, mini portables, électronique embarquée, ... Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Disques durs Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele Disques durs http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele • Formatage : Disques durs Architecture matérielle • de haut niveau : le plus connu, qui se fait avec des logiciels comme fdisk ou partition magic. Il permet de supprimer et de ré-écrire un système de fichier (FAT, NTFS, EXT2, ... ) • de bas niveau : il se fait au niveau physique, supprime les partitions, les systèmes de fichiers, le MBR et réinitialise tout le disque cluster après cluster. • Partitionnement : • Un disque dur peut être découpé en partitions. • 4 partitions principales au maximum, dans lesquelles on met des systèmes d'exploitation. • 1 partition étendue qui contient autant de lecteurs logiques que l'on veut. • MBR : • 512 premiers octets du disque dur. • Contient la table des partitions • Contient l'adresse du logiciel d'amorçage. http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele RAID : Architecture matérielle Redundant array of inexpensive disks ou Redundant array of independant disks • Niveau 0 : Stripping Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele • Niveau 1 : Mirorring RAID : Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele • Niveau 5 : RAID : Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele • Niveau 0-1 RAID Architecture matérielle http://nicodewaele.info Nicolas Dewaele • Niveau 1-0 RAID
