Architecture des ordinateurs

Architecture d’ordinateur :
introduction
Dimitri Galayko
Introduction à l’informatique, cours
1 partie 2
Septembre 2014
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Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Un élément de base de l’informatique: un interrupteur commandé (un
transistor)
• Comment en arrive-t-on à un ordinateur ?
• Réponse :
– Un grand nombre d’interrupteurs (des milliards, ~109)
– Une grande complexité : réseau d’interconnexion complexe
– Structure hiérarchique 2
Vin
Interrupteur commandé Transistor MOS
Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Association d’interrupteurs: fonctions arithmétiques
élémentaires
Elément « NON »
Elément « Non-Et »
Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Association de fonctions arithmétiques élémentaires :
fonctions plus complexes et variées
Elément de mémoire
(Bascule D)

Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Association de fonctions arithmétiques élémentaires :
fonctions plus complexes et variées
Additionneur binaire S=A+B
Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Association de fonctions arithmétiques élémentaires :
fonctions plus complexes et variées
Multiplexeur (sélectionner
une entrée parmi plusieurs)
Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Association de fonctions arithmétique:
fonctions plus complexes
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Multiplieur
Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Association de fonctions arithmétique:
fonctions plus complexes
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Unité arithmétique logique du processeur Z80

Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Association de fonctions plus complexes: unités fonctionnelles
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Processeur
INTEL 8085
Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Encore plus complexe : Pentium IV
(2000-2007), 42 M transistors
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Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Encore plus complexe : Intel Core I7,
>2 G transistors
11
Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• On peut aller encore plus loin ? Oui ! En
associant des processeurs, des circuits
périphériques, pour faire un ordinateur
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Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Et encore plus loin, en associant des
ordinateurs : les réseaux !
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Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Secret du succès de l’informatique: le
polymorphisme des systèmes matériels
(poly == plusieurs, morphisme == forme).
• Obtenu par la programmation : le
comportement d’un même dispositif
matériel dépend de sa polarisation
électrique
• Polarisation électrique: les signaux
« logiques » 1 ou 0 14
Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Exemple de programmation d’un multiplexeur: en
fonction de la polarisation des entrées A1, A2, la
sortie X est reliée à une des entrée D1-D4
Multiplexeur (sélectionner
une entrée parmi plusieurs)
Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Chaque élément numérique, même très simples,
sont, en général, programmable.
• Il y a la même hiérarchie de la complexité dans la
programmation !
• Comment gérer cette complexité ? Comment
maîtriser un système qui contient des milliards
d’interrupteurs ? Comment le faire fonctionner ?
• Deux disciplines: électronique et informatique
• Trois mots d’ordre :
– Hiérarchisation, Encapsulation, Abstraction

Hiérarchie matériel dans le
monde informatique
• Hiérarchisation : les niveaux structurels sont bien
défini. On ne voit jamais le 1 milliard de transistors à
plat (impossible! ). A chaque niveau hiérarchique, il y
a une structure de complexité raisonnable
• Ceci possible grâce à l’abstraction : on ne
s’intéresse pas à la manière dont est fait un bloc,
mais à sa fonction, ses entrées, ses sorties.
• L’abstraction est possible grâce à l’encapsulation :
réalisation des « clusters » fonctionnels qui cachent
la structure interne d’un bloc (des boîtes noires), en
ne laissant apparent que des entrées, des sorties, et
la description de la fonctionnalité.
Sommaire
• Principe de l’informatique au niveau
matériel
• Architecture d’ordinateur
– unité centrale, carte mère
– Bus – parallèle, série, performances
– Mémoire – morte, vive
– Processeur – performances
• Dispositifs périphériques
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Architecture « globale »
• Modèle de von Neumann
CPU= Central Processor Unit!
Input and Output : les dispositifs périphériques (son, vidéo, …)!
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Unité centrale
• Contient un processeur : interpréter et exécuter des
commandes, lire ou écrire des données dans la
mémoire, communiquer avec le monde extérieur
– Fréquence d’horloge
– Nombre d’instruction par seconde
– Largeur du bus de donnée
• L’unité centrale peut contenir d’autres blocks
auxiliaires (co-processeur…)
• Concept obsolète: ne s’applique pas aux portables,
aux tablettes, aux ordinateurs monoblocs
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