Architecture des ordinateurs Eléments d `un ordinateur
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Architecture des ordinateurs Dominique PRESENT Dépt S.R.C. - I.U.T. de Marne la Vallée Eléments d ’un ordinateur • L ’unité centrale – Carte mère type, fréquence du bus (MHz) – – – – – processeur type, fréquence horloge (MHz) mémoire type, capacité (Mo) disque dur capacité (Go) carte graphiquetype, capacité mémoire (Mo) lecteur de CD-ROM et débit (Nx64Kb/s) DVD – carte son taille écran (diagonale), définition (pitch) • • moniteur les périphériques – imprimante – scanner Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT 11 Architecture d ’une carte mère 1/2 1-4-5-6 connecteurs (cartes ) 3 socket, chipset 9 ports E/S 2 mémoire vive 7-8 connecteurs (lecteurs) 10 ROM (BIOS) Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT Architecture d ’une carte mère 2/2 1-4-5-6 connecteurs (cartes ) 3 socket, chipset 9 ports E/S 2 mémoire vive 7-8 connecteurs (lecteurs) 10 ROM (BIOS) 8 2 9 7 3 3 1 Carte mère au standard EasyPC Dépt SRC - IUT de MLV 10 architecture des ordinateurs D. PRESENT 22 Des composants reliés par bus clavier ROM µP bus RAM OS contrôleur de disque Disque dur Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT Ouverture d ’une application RAM 1 - lecture d ’une partie du programme sur le disque dur 2 - copie en RAM 3 - lecture des instructions à exécuter Les informations empruntent plusieurs bus de liaison successifs : • bus disque controleur µP • bus controleur processeur • bus processeur mémoire 1 bus 3 2 OS contrôleur de disque disque Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT 33 Le processeur marque AMD Cyrix Intel Processeur K6 III 400 MII 300 Celeron 466 Support Socket 7 Socket 7 PGA370 F (MHz) 400 266 466 F bus (MHz) 100 66 66 Cache L1 32Ko+32Ko Cache L2 256Ko 1Mo max 128Ko 22.7 9.4 20.0 0.25 0.35 0.25 2.4 2.9 2 Indice (Winstone 99) Gravure Alim (V) 64Ko 16Ko+16Ko CacheL2 Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT Le processeur marque AMD Intel Intel Athlon Pentium 3 Pentium 4 Socket A PGA370 i850 / i845 F processeur 1GHz 2GHz F bus (MHz) 200 à 266 450MHz à 1.2GHz 100 à 133 Cache L1 128Ko 32Ko Cache L2 256Ko 256Ko 12Kµop + 8Ko 256Ko + 12Kµop Processeur Support 400 CacheL2 Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT 44 La mémoire RAM La mémoire vive (Random Access Memory) est définie par : • le cycle de lecture/écriture (ns) ; • la largeur du bus (bits) ; • la capacité (Mo) Quatre types : • DRAM (Fast Page Mode ou Extended Data Out) – 70, 60 ou 50ns • SDRAM – 10 ou 12ns par octet • DDR SDRAM - 133Mb/s à 266Mb/s • Rambus RDRAM - 1.25ns pour 2 octets - 1.6Gb/s par canal - 4 canaux Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT La mémoire cache : 2 niveaux • Une mémoire RAM dédiée au processeur ; • Sert de mémoire tampon pour les stocker des instructions du programme à exécuter ; • la mémoire cache de niveau 1 est implantée dans le processeur ; • la mémoire cache de niveau 2, de type SRAM est implantée : • Sur le socket du processeur (horloge processeur) • Sur le bus processeur (horloge à 100MHz) Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT 55 La mémoire cache de niveau 2 processeur Bus processeur processeur Mémoire cache chipset Dépt SRC - IUT de MLV Bus processeur chipset Bus PCI Bus PCI Mémoire cache sur bus processeur Mémoire cache Mémoire cache sur chipset processeur architecture des ordinateurs D. PRESENT Performance des mémoires cache Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT 66 3 horloges au moins • horloge interne du processeur : Horl µP processeur Bus processeur Mémoire cache Horl B.P. chipset Horl Bus • de 400MHz à 2GHz • pilote la mémoire cache (par division de fréquence) • horloge du bus processeur : • fréquence typique de 100MHz • pilote les échanges avec le chipset • intégrée à la carte mère Bus PCI • horloge du bus PCI : • pilote le chipset pour générer les fréquences de commande des bus • le chipset gère les échanges de données avec les cartes connectées sur la carte mère Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT Des bus et des débits multiples bus Horl µP processeur Bus processeur Mémoire cache Horl B.P. chipset Intel 440BX Bus PCI 100MHz RAM PCI AGP F (MHz) Largeur Débit (bits) (Mo/s) 100 33 133 64 32 32 Horl Bus Contrôleur de disque SDRAM Carte son 33MHz Bus AGP 133MHz Dépt SRC - IUT de MLV 800 133 533 Carte vidéo architecture des ordinateurs D. PRESENT 77 Les bus du Pentium4 Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT Choisir une carte mère fournisseur nom processeur Vitesse FSB Intel i810E Céléron Intel i815EP Intel i850 Pentium3/ 133MHz SDRAM 4x Céléron PC133 Pentium4 400MHz Rambus 4x Via Pro 266 Pentium3/ 133MHz DDR4x Céléron SDRAM KTAthlon/Du 266MHz SDRAM 4x 133A ron PC133 760 Athlon/Du 200MHz DDR4x ron SDRAM Via AMD Dépt SRC - IUT de MLV mémoire Bus Controleur AGP 100MHz Rambus 2x architecture des ordinateurs UltraDMA -66 UltraDMA -100 UltraDMA -100 UltraDMA -100 UltraDMA -100 UltraDMA -100 D. PRESENT 88 Controleurs de périphériques Système EIDE Système SCSI Contrôleur Contrôleur 33Mo/s à 160Mo/s disque Dvd-rom Cd-rom 1 à 4 périphériques disque scanner Cd-rom 1 à 15 périphériques type Débit EIDE/UltraDMA-33 33Mo/s EIDE/UltraDMA-66 66Mo/s EIDE/UltraDMA-100 100Mo/s EIDE/Ultra ATA 160Mo/s Dépt SRC - IUT de MLV 20Mo/s à 160Mo/s type Ultra SCSI Wide Ultra SCSI Ultra 2 SCSI LVD Ultra 160 SCSI-3 architecture des ordinateurs Débit 20Mo/s 40Mo/s 80Mo/s 160Mo/s D. PRESENT Organisation d ’un disque dur L ’empilement de secteurs constituent un bloc secteur (4Ko par défaut) Support magnétique piste Tête de lecture/écriture Piste 0 pour le répertoire (FAT, NTFS) Empilement de pistes Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT 99 Ecriture sur disque dur Le formatage consiste à créer les pistes, les secteurs et le répertoire en piste 0 1-A sa création, le nom du fichier et ses caractéristiques sont inscrits dans le répertoire Sens de rotation 2-un pointeur vers le 1er secteur libre est mémorisé 3-le fichier est écrit par bloc de 4Ko (valeur par défaut) 4-le bloc contient un pointeur vers le bloc libre suivant Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT Les performances des disques durs Capacité(Go) Seagate 18LP 18.2 Seagate X15 18.4 Ultra2/ 160 CSI 193-308 WD 183F 18.3 Seagate WD baracuda Caviar 20.4 20 Ultra160 Ultra2 SCSI SCSI 395-492 Ultra ATA 364 Ultra Débit ext. (Mb/s) 80/160 160/200 80 100 100 Temps d’accès(ms) Rotation (T/mn) 2.99 2 2.99 4.16 4.2 10K 15K 10K 7.2K 7.2K Mémoire (Mo) 4 16 2 2 2 Discs/têtes 6/12 5/10 4/8 2/4 Octets/secteur 512 512 512 512 512 Taux d’erreur 10-15 10-15 10-14 10-14 10-14 interface Débit int. (Mb/s) Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs ATA D. PRESENT 1010 Les bus externes • 4 types : – port parallèle (Lpt) : imprimantes ; scanners – port série (Com) : modem ; synchronisation de PC – USB : claviers ; joystick ; caméras – FireWire : vidéo Carte FireWire Dépt SRC - IUT de MLV Extension USB architecture des ordinateurs D. PRESENT Des bus externes haut débit Débit max (Mo/s) Nb de périphériques Lg du câble (m) connexion connecteur remarques Dépt SRC - IUT de MLV IEE1394 USB FIREWIRE 50 1.5 63 127 4.5 5 Hot-plug Hot-plug 4 broches 4 broches 6 broches types A ou B Non Autostandardisé alimentation limitée USB 2 30-60 PORT SERIE 1.25 1/0.port 50-1K Hot-plug DB 9 ou DB25 Non normalisé architecture des ordinateurs D. PRESENT 1111 Le lecteur CD-ROM Lentille convergente Couche réfléchissante Diode laser Diode photosensible prisme Faisceau laser sur 780nm • La présence de cuvettes plus ou moins profondes provoque une différence de réflectivité ; • la diode photosensible transforme la différence de luminosité du faisceau réfléchi en signal électrique Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT Le graveur de CD-ROM Lentille convergente Couche réfléchissante Diode laser Couche diélectrique Diode photosensible prisme Faisceau laser de longueur d ’onde variable Couche d ’enregistrement • La variation de longueur d ’onde du faisceau modifie la température de la couche d ’enregistrement ; • à la lecture, la couche d ’enregistrement laissera passer plus ou moins le faisceau ce qui modifiera l ’intensité du faisceau réfléchi. Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT 1212 Le lecteur DVD Couche réfléchissante Lentille convergente Diode laser Couche de polycarbonate Diodes photosensibles prisme Faisceau laser sur 635/650nm Faisceau laser sur 780nm Couche semi réfléchissante • Les lecteurs utilisent 2 faisceaux laser à 780nm et 635/650nm ; • la 1ère couche gravées est semi-réfléchissante ; • chaque faisceau lit une couche ; • la capacité peut atteindre 9.4Go. Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT Se retrouver dans la terminologie • CD-R (Compact Disc Recordable) d ’une capacité de 650Mo, peut être gravé 1 seule fois ; • CD-RW (Compact Disc Recordable & Rewritable) peut être gravé un millier de fois ; • DVD-Rom (Digital Versatile Disc) de capacité 6 fois supérieure à un CD-Rom, utilisé pour stocker de gros volumes de données ; • DVD-Vidéo sert au stockage des films à une capacité de 4.7Go par couche ; • multisession est une méthode d ’écriture en plusieurs fois (14Mo à chaque fois) ; • Temps d ’accès est le temps moyen nécessaire pour atteindre une donnée stockée ; • 24x est le débit théorique de lecture/écriture en multiples de 153Ko/s. Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT 1313 La carte graphique Un processeur + de la mémoire + RAMDAC Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT La carte graphique • La mémoire vidéo : Ø VRAM (VideoRAM) à double accès Ø SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) Ø DDR SDRAM à double accès (lecture/écriture) Ø Le RAMDAC : Ø Transforme les données mémorisées en signaux d’affichage vidéo • L’accélérateur graphique : Ø Gère l’affichage des fenêtres sous windows Ø Exécute les fonctions de la Graphic Device Interface • Le bus vidéo : Ø AGP (Accelerated Graphic Port) pour les cartes graphiques 3D Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT 1414 La 3D : un maillage de triangles courbes Plus le maillage est fin, plus la forme est précise, plus les calculs sont nombreux Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT La carte graphique µP Leadtek Winfast Abit Siluro T400 ATI Radéon ViVo Geforce2 250MHz Geforce2 200MHz Radéon 183MHz mémoire Fréquence Connecteur Résultat vidéo/DVI test 64 DDR 230MHz Oui/oui 5609 SDRAM 64 166MHz Oui/non 4305 SDRAM 64 DDR 183MHz Oui/oui 3779 SDRAM Evolution des cartes graphiques : • intégration d ’un tuner pour réception des chaînes télévisées ; • intégration d ’un décodeur MPEG2 pour la visualisation de vidéo Dépt SRC - IUT de MLV architecture des ordinateurs D. PRESENT 1515
