Architecture des ordinateurs

ARCHITECTURE DES
ORDINATEURS
François Médevielle - UPSTI -
Introduction
 Découvrir les éléments constitutifs d’un
« ordinateur »
 Comprendre l’organisation fonctionnelle
d’une machine
 Appréhender
l’architecture
des
microprocesseurs
 Découvrir les critères d’évolution
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Intel inside… La boîte noire
Face arrière
avant
Port PS/2
Port Série
COM1
Port
parallèle
Port VGA
de la carte
vidéo
intégrée
Port réseau
RJ45
Port USB
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Intel inside… La boîte noire
Port VGA
Port DVI
DVI-I Dual Link
Port HDMI
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La boîte de Pandore?Disque dur
RAM
Processeur
et son
ventilateur
Chipset
Carte
graphique
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La carte mère










Le processeur
La mémoire vive ( RAM )
L’horloge interne
Le BIOS
La mémoire CMOS
Le chipset
Une carte graphique intégrée ( ? )
Une carte son intégrée
Un ensemble de contrôleurs d’E/S
Des cartes d’extensions
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Architecture standard
Processeur +
Cache
Bus processeur
Bus
mémoire
Chipset
Cartes
d’extension
PCI-E
Disque dur
Lecteur DVD
SATA
North Bridge
Mémoire
South Bridge
EPROM
BIOS
USB
RJ45
PS/2
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Chipset
Chipset
Description
North Bridge
Gère les échanges entre le
processeur, la mémoire et le
bus AGP
South Bridge
Gère les échanges avec les
disques durs, le lecteur DVD,
les
cartes
d’extension,
l’EPROM du BIOS, l’horloge et
la mémoire CMOS, les bus
USB, FireWire, le réseau, etc.
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North et South Bridges
 Séparés
 Rassemblés dans une seule puce
 Rassemblés dans une seule puce avec le
processeur
 North avec processeur
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Le microprocesseur
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Le microprocesseur
 Fonction : unité de traitement
 Le plus souvent intégré dans une seule puce
 Exécute les programmes stockés en mémoire
principale :
 Charge les instructions
 Décode les instructions
 Exécute séquentiellement les instructions
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Structure élémentaire
 Unité de commande :
Unité Centrale
Unité de
commande
 Récupère instructions en mémoire
principale
 Charge les instructions
 Décode les instructions
 UAL :
UAL
 exécute les opérations
Registres
P
C
R
I
Mémoire
principale
Disque dur
…
Bus
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Structure élémentaire
Unité Centrale
Unité de
commande
 UC :
 Dispose de sa mémoire de travail
 Intérêt :
 Accès extrêmement rapides car
intégrée dans la même puce donc
forte
amélioration
des
performances
UAL
Registres
P
C
R
I
Mémoire
principale
Disque dur
…
Bus
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Structure élémentaire
Unité Centrale
Unité de
commande
 Les registres ( PC, RI, etc. ) :
 Inclus dans la mémoire de travail
 Interviennent dans le traitement
des instructions et l’accès à la
mémoire de programme
UAL
Registres
P
C
R
I
Mémoire
principale
Disque dur
…
Bus
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ALU
 ALU : en français UAL
 Unité Arithmétique et Logique
 Sa structure définit le chemin des données (
data path cycle )
 Son fonctionnement définit le temps de cycle
de chaque instruction
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ALU : Data Path Cycle
A+B
A
Registres
B
A
B
Registres
d’entrée
de l’UAL
UAL
A+B
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Registres
de sortie
de l’UAL
ALU : Data Path Cycle
 Opération
sur 2
opérandes A et B :
A+B
 Identification
A
B


A
B
UAL
A+B
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


des
registres contenant
les opérandes
Identification
de
l’instruction
Stockage successif de
A et B
Addition
Stockage du résultat
Stockage dans le
registre
Architecture classique monoprocesseur
Cache
instruction L1
Intégré au µP
Unité de traitement de
l’adressage virtuel +
cache de traduction
d’adresse
Registres
entiers
Unité de
contrôle des
instructions
Unité
d’exécution
entiers
Registres
flottants
Unité
d’exécution
flottants
Cache données
L1
Interface Bus
Interface Cache
Externe au µP
L2
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Architecture multicoeurs et évolutions récentes
 Cache L3 partagé
 Intégration du North
Bridge :
 Contrôleur PCI-E
 Contrôleur mémoire
 Circuit graphique
amélioré ( iGFX )
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Classification des architectures
Architecture
Description
CISC
( Complex Instruction Set
Computer )
Processeurs à Jeu d'Instructions Complexe
Famille des processeurs grand public INTEL
RISC
( Reduced Instruction Set
Computer )
Processeurs à Jeu d'Instructions Réduit
DSP
( Digital Signal Processor )
Processeurs de Traitement du Signal
Dédiés aux applications de synthèse vocale,
reconnaissance vocale, traitement vidéo, etc.
Réseau
Dédiés aux applications serveurs
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Critères de développement
 Systèmes embarqué ou non ( portables,
tablettes, smartphones, baladeurs, PC de
bureau,ordinateurs de bord d'automobile,
etc. )
 Systèmes d'usage général ou dédiés (
acquisition et traitement de type API,
traitement du signal ( audio ou vidéo ), PC de
burea u, consoles de jeu, etc. )

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Critères de performance
 Description algorithmique optimale
 Performances du compilateur ( ou de
l'interpréteur... )
 Adéquation de l'architecture au vu du
problème posé
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Performances matérielles
 la fréquence de son horloge ( les fameux




GHz... )
s'il est ou non multicoeurs ...
la taille de sa mémoire Cache
s'il intègre ou non une partie ( et laquelle ? )
du chipset...
etc.
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Loi de Moore
 Gordon
Moore,
cofondateur
d’Intel
 1965 : nb de tr intégré x2 tous les
18 mois jusqu’en 1975
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Loi de Moore
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La mémoire vive
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Mémoires ROM
 Read Only Memory
 Temps d’accès : quelques dizaines de ns
 Capacité : varie selon les types, mais jusqu’à
plusieurs centaines de Go
 SSD, puce BIOS, CMOS, clefs USB
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Mémoires RAM
 Random Access Memory
 Temps d’accès : quelques nanosecondes
 Capacité : de l’ordre de quelques Go
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Le disque dur magnétique
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Principe de fonctionnement
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