Initiation à L`Architecture des Ordinateurs
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Architecture et Technologies des Ordinateurs Cours d’Initiation à l’Attention des Étudiants de Première Année de l’IUP-MIAGE Jean-Pierre Lips [email protected] Plan du cours Introduction 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Traitement des données : les processeurs 3ème Partie : Stockage des informations : les mémoires 4ème Partie : Transfert des informations : les bus Conclusion Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 2 Plan du cours : Introduction Introduction • Objectifs du cours • Bibliographie • Historique 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Traitement des données : les processeurs 3ème Partie : Stockage des informations : les mémoires 4ème Partie : Transfert des informations : les bus Conclusion Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 3 Éléments d’un ordinateur Référence : Architecture et Technologie des Ordinateurs, Paolo Zanella & Yves Ligier – Dunod 2000 Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 4 Carte mère Abit KT7A (1/3) I/O ‘s Connecteurs PCI Support du processeur (AMD Athlon ou Duron) Connecteurs ISA Ventilateur du Chipset Connecteur AGP Slots mémoire (SDRAM) Connecteurs IDE Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 5 Carte ABIT KT7A : Topologie Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs (2/3) 6 Carte ABIT KT7A : Diagramme Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs (3/3) 7 Modèle en couches 6 Programmes d'application (Traitement de texte, PAO, Jeux, …) 5 Langages de programmation (Fortran, Cobol, C, C++, Java, …) 4 Langage assembleur (Langage natif symbolique de la machine) 3 Noyau du système d'exploitation (Gestion des taches, des ressources : mémoire, I/Os,…) 2 Langage machine : jeu d’instructions (Langage natif du processeur) 1 Langage de microprogrammation 0 Logique numérique (Couche matérielle : circuits logiques, électroniques) Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 8 Plan du cours : Introduction Introduction • Objectifs du cours • Bibliographie • Historique 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Traitement des données : les processeurs 3ème Partie : Stockage des informations : les mémoires 4ème Partie : Transfert des informations : les bus Conclusion Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 9 Bibliographie Architecture et Technologie des Ordinateurs, 3ème Edition Paolo Zanella & Yves Ligier – Dunod 2000 Architecture de l’Ordinateur, 4ème Edition Andrew Tanenbaum – Dunod 2001, 6ème Edition Technologie des Ordinateurs et des Réseaux Pierre-Alain Goupille – Dunod 1998 Computer Organization and Architecture, 6th Edition William Stallings – Prentice Hall 2003 Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 10 Sources Internet (1/2) Cours Architecture des ordinateurs (E.Viennet, M. Voisin) http://www-gtr.iutv.univ-paris13.fr/Cours/Mat/Architecture/Cours Architecture des ordinateurs (Patrick Marcel) http://www.blois.univ-tours.fr/~marcel/archi/ Structure des ordinateurs http://membres.lycos.fr/jfdelepi/inf_stru.htm Cours Architecture des ordinateurs (Sylvain Tisserant) http://marpix1.in2p3.fr/calo/my-web/archi/archi.html Cours Architecture des ordinateurs (David Simplot) http://www.lifl.fr/~simplot/ens/archi/ Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 11 Sources Internet (2/2) Technical Resource and Course Web Site for Computer Organization and Architecture, 5th Edition by Williams Stallings http://williamstallings.com/COA5e.html De Von Neumann aux super-microprocesseurs de F. Anceau http://lmi17.cnam.fr/~anceau/UTLS/UTLS_txt.pdf Histoire, épistémologie de l'informatique et révolution tehnologique par Gérard VERROUST http://hypermedia.univ-paris8.fr/ Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 12 Plan du cours : Introduction Introduction • Objectifs du cours • Bibliographie • Historique 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Traitement des données : les processeurs 3ème Partie : Stockage des informations : les mémoires 4ème Partie : Transfert des informations : les bus Conclusion Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 13 Historique : les théoriciens Antiquité : Aristote fonde les bases de la Logique ≈ 1675 : 1854 : 1936 : 1938 : 1945 : 1948 : Année 2003-2004 Leibnitz invente le système binaire moderne (0 et 1) Boole publie « The Mathematical Analysis of Logic » qui décrit un système de logique symbolique à la base des machines modernes: l’algèbre de Boole. Turing définit la machine qui porte son nom Shannon fait la synthèse entre l’algèbre de Boole et les circuits électriques. Von Neumann définit l’architecture des ordinateurs modernes Shannon pose les bases de la théorie de l’information. Initiation à l'architecture des ordinateurs 14 Historique : les réalisations 1623 Schickard conçoit la première machine à calculer 1642 Pascal réalise la Pascaline (addition, soustraction) 1694 Leibniz : ajoute la multiplication et la division 1728 Falcon : commande pour métiers à tisser, puis en 1805 Jacquard : programmation par cartons perforées articulés 1840 Babbage : Machine analytique 1884 Hollerith : tabulatrice à cartes perforées 1945 Von Neumann définit l’architecture de l’ordinateur universel 1949 Wilkes réalise à Cambridge le premier ordinateur : l’ EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 15 Historique : les étapes technologiques 1890 : Carte perforée (Hermann Hollerith) 1904 : Tube à vide : diode (John Fleming) triode 1947 : Transistors (Schockley, Brattain, Bardein) 1950 : Mémoires à Tores (Papian) 1958 : Circuits intégrés (Killy) Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 16 Historique : l’évolution technologique < 1900 : Calcul mécanique 1946-1957 : Tubes à vide 1958-1964 : Transistors et circuits discrets 1965: SSI (Small Scale Integration) jusqu’à 100 circuits par puce -1970 : MSI (Medium Scale Integration) de 100 à 3000 circuits par puce 1971-1977 : LSI (Large Scale Integration) de 3000 à 100 000 circuits par puce 1978-2002 : VLSI (Very Large Scale Integration) de 105 à 108 circuits par puce Demain : ULSI (Ultra Large Scale Integration) > 108 circuits par puce Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs Génération 0 Génération 1 Génération 2 Gé né ra ti on 3 Génération 4 17 Historique : Loi de Moore (1/2) Loi de Gordon Moore (Cofondateur d’Intel) • Augmentation de la densité des composants : Le nombre de transistors sur une puce double tous les 18 mois. • • Le coût d’une puce reste pratiquement constant. L’augmentation de la densité des circuits s’accompagne: d’une augmentation de performance, d’une réduction de la consommation électrique, D’une augmentation de la fiabilité. Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 18 Historique : Loi de Moore (2/2) (source : http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm ) Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 19 Historique : Évolution des Processeurs Date Processeur Nb Transistors Sérigraphie Largeur bus Mémoire Horloge 1971 4004 2 300 10,00 µm 4 bits 640 octets 108 KHz 1972 8008 6 000 6,00 µm 8 bits 16 Ko 200 KHz 1974 8080 4,500 6,00 µm 8 bits 64 Ko 2 MHz 1978 8086 29 000 3,00µm 16 bits 1 Mo 8 MHz 1982 80286 134 000 1,50 µm 16 bits 16 Mo 10 MHz 1985 80386 275 000 1,50 µm 32 bits 4 Go 16 MHz 1989 80486 1 200 000 1,00 µm 32 bits 4 Go 25 MHz 1994 Pentium 3 100 000 0,80 µm 32 bits 4 Go 66 MHz 1995 Pentium Pro 5 500 000 0,35 µm 64 bits 64 Go 150 à 200 MHz 1997 Pentium II 7 500 000 0,35 µm 64 bits 64 Go 233 à 300 MHz 1999 Pentium III 9 500 000 0,25 µm 64 bits 64 Go 450 à 600 MHz 42 000 000 0,18 µm 64 bits 64 Go 1,4 à 1,5 GHz 55 000 000 0,13 µm 64 bits 64 Go Up to 2,8 GHZ 2000 Pentium IV 2002 (source : http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm ) Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 20 Historique : Synthèse Référence : Architecture et Technologie des Ordinateurs, Paolo Zanella & Yves Ligier – Dunod 2000 Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 21 Historique : la première machine 1642 La Pascaline inventée par Blaise Pascal Additions et soustraction de nombres décimaux Détail Machine à 8 chiffres Machine ouverte Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 22 Historique : les premières machines 1945 l’ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) 18000 Tubes – 30 tonnes Multiplie 2 nombres de 10 chiffres en 3 millisecondes Changement d’une lampe Année 2003-2004 Câblage du programme Initiation à l'architecture des ordinateurs 23 Historique : quelques machines intermédiaires 1964 IBM lance la famille 360 des ordinateurs compatibles Début de l’ère des « Mainframes » 1980 IBM sort le PC (Personal Computer) Début de l’ère de l’informatique individuelle Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 24 Historique : les machines en 2002 (1/2) 2002 Ordinateur de bureau (DeskTop) • Power PC G4 Processor • 15 inches flat pannel LCD Display Apple iMac 2002 Ordinateurs Portable et Ultraportable • Latest Intel processors 1.20-GHz, Mobile Intel® Pentium® III Processor-M • Integrated 802.11b wireless LAN technology HP omnibook 510 Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 25 Historique : les machines en 2002 (2/2) 2002 Station de Travail (Workstation) • Up to two 1.05-GHz UltraSPARC® III Cu processors • 64 bits Architecture • up to 8 GB of main memory • up to 146 GB disk storage. 2002 Serveurs / Mainframe Sun Blade[tm] 2000 • Main Memory Up to 64 Go • 64 bits Architecture IBM eServer zSERIES 900 Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 26
