500 de transistors et moi et moi et moi

1
500 millions de transistors
et moi et moi et moi
Conception et fonctionnement
des ordinateurs
Cyril Randriamaro
[email protected]
www.upjv.info
2
Ce qu’il faut savoir





A quoi ressemble un ordinateur
Multiplication et division
Prendre des notes...
Attention facile !
Nous allons voir :



L'informatique
Les ordinateurs
Word / Excel... ou pas
3
Ce qu’apporte ce cours

Notions d’informatiques


PC/périphérique/données/Applications…
Une compréhension
Comment
Commentaccélérer
accélérer
mon
ordinateur
mon ordinateur???
???

Que
Quefaire
faire???
???
j'ai
j'aiperdu
perdumes
mesdonnées
données!!!
!!!
Pourquoi
Pourquoimon
monordinateur
ordinateur
est-il
bloqué
est-il bloqué??
Une bonne note
ou
4
Concepts de base
Instructions
Numérique / Analogique
Définition d'un ordinateur
5
6
Définition : un Ordinateur



PC / MAC, Tablette / Smartphone
Téléphone Fixe, Aspirateur, voiture ...
Ordinateur Universel !
Données
Données
Résultat
Résultat
Données
Données
7
Bases de l’Informatique


Informatique =
traitement de l’information
Principe simple :



Lire les données
Les traiter
Écrire résultat
= Une instruction
8
Exemples d'instructions

Calculatrice (calcul simple)


Excel


1+2
En C1 mettre « = A2 + B3 »
Word (mise en italique)

Hello

Comment sont codées ces données ?
9
Codage Numérique

Un nombre (entier) code une
information :

Un texte (chaque caractère)





ABCDE F=1 2 3 4 5 27 6
Un son (chaque note)
Une image (chaque point)
Un film (chaque 24ième de seconde)
Un nombre (discret)

ascii : A=65 , espace=32
10
Codage numérique
naturel
11
Codage usuel

Codage binaire

Alphabet constitué de 0 et 1








0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
10
11
100
101
110
111
12
Unités usuelles

Tout est codé en binaire (bits)



Une unité est un octet (8 bits)
1 ko = 1024 octets, 1 Mo = 1024 Ko


Kilo octets, Méga octets
1 Go = 1024 Mo, 1 To = 1024 Go


Prend la valeur 0 ou 1
Giga octets, Tera octets
1 Po = 1024 To

Peta octets
... exa, zetta, xona ...
13
Unités Officielles
Kibi, Kio
Mébi, Mio
Gibi, Gio
Tébi, Tio
Pébi, Pio
2
10
2
20
2
30
2
40
2
50
-
Ko
Mo
Go
To
Po
10
3
- 2%
10
6
- 5%
10
9
- 7%
10
12
- 9%
10
15
- 11%
14
Exemple : une photo

Chaque point peut avoir 16 millions de
couleurs (3 octets)


L’image fait 1024x1024 points


Répartis en Rouge, vert et bleu
1 Méga Pixel
Quelle est sa taille ?
15
Une image

Tableau de pixels
16
Exemple : une photo

Chaque point peut avoir 16 millions de
couleurs (3 octets)


L’image fait 1024x1024 points


Répartis en Rouge, vert et bleu
1 Méga Pixel
Quelle est sa taille ?


En 256 couleurs (niveau de gris) ? (1o)
En noir et blanc ?
17
Les appareils photos

9 Méga Pixel



Taille d'une image


9 Méga X 4 octets = 36 Mo
Taille de la mémoire


Environ 3000 pixels par côté
4 octets par pixel
8 Go, soit 228 photos...
En réalité, on en stocke plus de 400...
18
Compression de données



Le principe : réduire l’espace de
stockage d’une information.
Nécessite un outil pour compresser et
pour décompresser les données.
Exemple : le fichier "zip"
19
Texte compressé

Classiquement : 1 caractère par octet


Sur cette page : il y en a moins de 32


256 caractères possibles
Se code sur 5 bits
Taille du codage de ce texte :


Classiquement = 234 octets
Compressé = 234 x 5 / 8 = 147 octets
20
Les images compressées

Sans perte d’information

Utilisation des répétitions des couleurs



Si noir=0, rouge=2, bleu=3
333333333111112222222
Donne 935172
21
Les images compressées

!
Avec perte d’information

Utilisation de la « ressemblance »
des couleurs
22
Les images compressées
23
La musique compressée

Format non compressé


Format compressé non destructif


WAV (WAVE), AIFF (Mac)
Flac (Free Lossless Audio Codec)
Format compressé : WMA, MP3


Par destruction / Par « joint stéréo »
Le MP3 est-il illégal ???


Copie de sauvegarde / non diffusion
Droits libérés
...HADOPI...
24
La vidéo compressée


Format non compressé : connais pas !
Formats compressés :



M-JPEG, MPEG, DivX…
Nécessité d’un CoDec
Et au cinéma ...


Cinéma numérique 2005-2013
Technologie laser en 2014

… et comment communiquer ces données ?
25
D'accord !
On sais ce qu'est une donnée.
Mais on ne sais pas la
communiquer !
26
Communiquer
dans la nature...

Par la lumière


Par le son


Animaux principalement
Par la chimie


Animaux et certaines plantes
Plantes, odorat, échanges internes
Toujours le même principe :

Seuil de déclenchement !
27
Analogique / Numérique

Principe du bouton
de volume



Graduations fixes
Mais on peut
toujours affiner le
réglage
Échantillonnage
28
Communiquer des données
7
6
5
4
3
2
1
29
Analogique / Numérique

Caractéristiques de l’analogique



Une très haute précision
Mais des parasites visibles
Caractéristiques du numérique


Précision suffisante pour l’Humain (ou pas)
Aucun « bruit »
30
Bruit dans un signal
7
6
5
4
3
2
1
31
CD : analogique au numérique

Enregistrement
Mixage
Gravage

Différentes qualités de CD



DDD, ADD, AAD
32
Idée du fonctionnement...

Le véritable principe est à
peine plus complexe…
R
ER
E
33
Supports numériques connus

CD et DVD
Caméra et appareil photo
Téléphone (presque toujours)
Télévision

… et l’ordinateur, bien sûr 



34
Ordinateurs PC
Principe de base
Divers types
Détail des composants
35
Divers types d’ordinateurs :
Toujours le même Principe


PC (Personal Computer), portable
Miniaturisation



SmartPhone, tablettes
Systèmes embarqués
Surpuissance




Serveurs
Machines parallèles
Grappes de PCs (cluster)
Systèmes embarqués
36
PC : vue externe

Clavier



Souris
Écran
Imprimante

Scanner

Multimédia (son, vidéo)

Unité centrale
37
Principe de base
clavier/souris
écran
Unité Centrale
imprimante
caméra
38
Principe de base
39
Principe de base
clavier/souris
écran
Unité Centrale
imprimante
caméra
40
PC : vue interne
41
Principe de base
Périphériques
Disque
Processeur
Clavier / souris
Mémoire Vive
42
Périphériques
Principe de base
Clavier / souris
Disque
Processeur
Mémoire Vive
43
Périphériques
Périphériques
Processeur
Clavier / souris

Mémoire Vive
Connexions :




Disque
(PS2), Usb (firewire), série (parallel), Bluetooth
Rj45, wifi
…
Périphériques :



Clavier, souris
Imprimante,
 scanner, caméra
Disque dur externe
44
Carte mère
Et tout ce qu’elle contient
45
Périphériques
Carte mère
Processeur
Clavier / souris

Colonne vertébrale de
l’ordinateur

conditionne beaucoup de
paramètres de l’ordinateur

supporte un ensemble de
circuits électroniques et de
connecteurs qui
déterminent les composants
qu’elle pourra accueillir
Disque
Mémoire Vive
46
Périphériques
Contrôle

Processeur


Disque
Processeur
Clavier / souris
Mémoire Vive
Dit CPU (Calculation
Process Unit)
Chipset

orchestre la carte
mère
47
Périphériques
Connecteurs

Port AGP
Disque
Processeur
Clavier / souris
Mémoire Vive
48
Périphériques
Connecteurs


Port AGP
Port PCI & PCI-E
Disque
Processeur
Clavier / souris
Mémoire Vive
49
Brancher (pluguer) une carte


Ouvrir le capot de l’ordinateur (débranché)
Retirer un cache


Insérer la carte



Les connecteurs dans le slot
Visser la baguette


Retirer une visse en haut
qui prend la place du cache
Remettre le capot
Mettre le pilote (driver)

Insérer le CD quand l’ordinateur le demande
50
Périphériques
Connecteurs

Bancs mémoire
Disque
Processeur
Clavier / souris
Mémoire Vive
51
Périphériques
Connecteurs


Bancs mémoire
Disques durs


Disque
Processeur
Clavier / souris
Mémoire Vive
IDE – SCSI
SATA
52
Périphériques
Connecteurs


Banques mémoire
Disques durs



Disque
Processeur
Clavier / souris
Mémoire Vive
IDE, SATA
SCSI
Externes



PS/2 (couleurs)
Série<parallèle<USB
Midi/Fireware
53
Périphériques
BIOS
Processeur
Clavier / souris

Circuit de démarrage

Horloge et pile
Disque
Mémoire Vive
54
Périphériques
Bios

Détermine




Disque
Processeur
Clavier / souris
Mémoire Vive
Le processeur
La mémoire
Les périphériques de stockage
Réglage au démarrage


Tableau de paramètres
Mécanismes Plug-and-Play
55
Processeur
Autrefois
Maintenant
Performances
Périphériques
Disque
Processeur
Clavier / souris
Mémoire Vive
56
Autrefois

Série de tubes à vide (Bug)
57
Maintenant





Transistors
Plusieurs millions
Sur une petite surface
Échauffement
Mémoire Cache
58
Processeur

Transistors


Plusieurs millions sur moins de 4 cm2
Caractéristiques :


Vitesse (4 Ghz)
Cache (2 Mo)



Sur plusieurs niveaux
Modèle (pour la carte mère)
Multi-processeur (multi-coeur)
59
Performance

Fréquence du processeur



4 Ghz (4 .109 hz)
1 instruction prend 0,25 .10-9 secondes
Vitesse de la lumière

0,3 .109 m/s
 7,5 cm parcourus durant 1 instruction !
60
Loi de moore
61
Récapitulons
Carte mère (connecteurs)
Cartes filles
processeur
Périphériques
Disque
Processeur
Clavier / souris
Mémoire Vive
62
Mémoire RAM

RAM = Random Access Memory

En barrettes

Taille de 1 à 64 Go

Vitesse de 100 Mhz à 1 Ghz
63
Disque dur
64
Disque dur
65