Structure des Ordinateurs

Page 1 sur 212
Structure des
Ordinateurs
Mathieu Philippe 2009-2010 Édition n° 1
Bachelier en Informatique de Gestion
1ère année

Page 2 sur 212
INTRODUCTION HISTORIQUE : LES PRECURSEURS............................................................................. 9
PRESENTATION GENERALE D'UN ORDINATEUR. ................................................................................ 10
L'UNITE CENTRALE ET LA MEMOIRE CENTRALE.................................................................................... 10
LES UNITES D'ECHANGE ET LES UNITES PERIPHERIQUES...................................................................... 12
PRINCIPE DU FONCTIONNEMENT D'UN ORDINATEUR PRESENTATION DE BOULIX..................... 12
LES REGISTRES....................................................................................................................................... 13
LA MEMOIRE CENTRALE........................................................................................................................ 13
LE PROGRAMME..................................................................................................................................... 14
L'UNITE ARITHMETIQUE ET LOGIQUE................................................................................................... 14
L'UNITE DE CONTROLE.......................................................................................................................... 15
DEROULEMENT D'UNE INSTRUCTION PORTANT SUR UN OPERANDE EN MEMOIRE............................... 16
INSTRUCTION DE RUPTURE DE SEQUENCE............................................................................................ 18
L'UNITE D'ECHANGE.............................................................................................................................. 18
............................................................................................................................................................... 19
LES UNITES PERIPHERIQUES.................................................................................................................. 19
LES INTERRUPTIONS.............................................................................................................................. 19
CONFIGURATION D'UN SYSTEME INFORMATIQUE................................................................................. 20
QUELQUES ORDRES DE GRANDEUR.................................................................................................... 20
NOTIONS DE HARDWARE ET DE SOFTWARE...................................................................................... 21
HISTORIQUE DES MACHINES LES GENERATIONS D'ORDINATEURS................................................. 23
L'EVOLUTION DE LA TECHNOLOGIE...................................................................................................... 23
L'EVOLUTION DE L'EXPLOITATION DES ORDINATEURS......................................................................... 25
RETOUR SUR LE ROLE DU SYSTEME D'EXPLOITATION..................................................................... 27
L'UTILISATION DES ORDINATEURS.................................................................................................... 28
LE CALCUL SCIENTIFIQUE...................................................................................................................... 29
LA GESTION........................................................................................................................................... 29
LA CONDUITE DE PROCESSUS................................................................................................................. 29
LES SYSTEMES CONVERSATIONNELS...................................................................................................... 29
CHAPITRE II - STRUCTURE DE L'INFORMATION DIGITALE........................................... 30
L'INFORMATION DIGITALE................................................................................................................. 31
L'INFORMATION DIGITALE ELEMENTAIRE............................................................................................ 31
NOTION DE CODAGE............................................................................................................................. 31
NOTION DE CODE REDONDANT............................................................................................................ 32
TAILLE DES INFORMATIONS DANS UN CALCULATEUR........................................................................... 34
LA REPRESENTATION DES NOMBRES................................................................................................. 35
RAPPEL SUR LES SYSTEMES DE NUMERATION........................................................................................ 35
LE SYSTEME BINAIRE............................................................................................................................. 36
EN MARGE DU SYSTEME BINAIRE........................................................................................................... 38
NUMERATION OCTALE ET HEXADECIMALE........................................................................................... 47
REPRESENTATION DES NOMBRES BINAIRES NEGATIFS.......................................................................... 48
LE FORMAT DES NOMBRES EN MACHINE............................................................................................... 51
CODAGE DES INFORMATIONS NON NUMERIQUES............................................................................. 54
CODAGE DES CARACTERES.................................................................................................................... 55
CODAGE DES INSTRUCTIONS................................................................................................................. 60
L'ORGANISATION ET LA RECHERCHE DES INFORMATIONS EN MEMOIRE ...................................... 61
NOTION DE TABLEAU, DE LISTE ET DE POINTEUR ................................................................................ 61
NOTION DE TABLE................................................................................................................................. 62
NOTION DE PILE ET DE FILE D'ATTENTE .............................................................................................. 62
NOTION DE PREFIXE ............................................................................................................................. 63

Page 3 sur 212
ELEMENTS DE LANGAGE MACHINE.................................................................................................... 63
FORME GENERALE DES INSTRUCTIONS ARITHMETIQUES...................................................................... 63
LE JEU D'INSTRUCTIONS D'UN CALCULATEUR........................................................................................ 65
LES DIFFERENTS TYPES D'INSTRUCTIONS.............................................................................................. 66
NOTIONS ELEMENTAIRES SUR LA STRUCTURE DES PROGRAMMES.................................................. 69
CALCUL D'UNE EXPRESSION ARITHMETIQUE......................................................................................... 69
NOTION DE RECURRENCE; BOUCLES, INDICES, REGISTRES D'INDEX..................................................... 71
NOTION DE SOUS-PROGRAMME............................................................................................................. 73
INVARIANCE, REENTRANCE ET RECURSIVITE........................................................................................ 76
LA CARTE MERE.............................................................................................................................. 78
CARACTERISTIQUES ............................................................................................................................. 78
FACTEUR D'ENCOMBREMENT D'UNE CARTE MERE.......................................................................... 79
FORMAT XT. .......................................................................................................................................... 82
FORMAT AT – BABY AT......................................................................................................................... 82
FORMAT ATX ........................................................................................................................................ 82
FORMAT LPX......................................................................................................................................... 83
FORMAT NLX ........................................................................................................................................ 83
ALIMENTATION PC ET BOITIERS ASSOCIES ....................................................................................... 83
ALIMENTATION AT ............................................................................................................................... 84
ALIMENTATION ATX POUR PC ............................................................................................................. 85
ALIMENTATION ATX POUR PENTIUM 4................................................................................................. 85
AUTRES CARACTERISTIQUES DES ALIMENTATIONS................................................................................ 86
COMPOSANTS INTEGRES...................................................................................................................... 86
LE CHIPSET........................................................................................................................................... 86
ARCHITECTURE PENTIUM .................................................................................................................. 87
ARCHITECTURE PENTIUM II 233 – 450 MHZ, PENTIUM III JUSQU'A 600 MHZ, PENTIUM PRO . 89
440 LX: PENTIUM II 233 -333 MHZ ........................................................................................................ 89
ARCHITECTURE PENTIUM II DE 350 A 450– PREMIERS PENTIUM III 450 A 600 MHZ............................. 89
PENTIUM PRO ...................................................................................................................................... 90
LE CAMINO INTEL I820..................................................................................................................... 90
ALI ALADDIN TNT2............................................................................................................................ 91
VIA APOLLO PRO 133 ET APOLLO VCM133. (PENTIUM III) ............................................................. 91
VIA APOLLO KX133 ET APOLLO KT133 (ATHLON ET DURON)........................................................ 91
VIA PROSAVAGE PM133. (CELERON / PENTIUM II / PENTIUM III)............................................... 92
INTEL I840 (XEON) .......................................................................................................................... 92
INTEL I820E ....................................................................................................................................... 92
LE I850 (PENTIUM IV)......................................................................................................................... 92
AMD-760 (ATHLON ET DURON)........................................................................................................ 93
NVIDIA NFORCE POUR ATHLON ET DURON................................................................................... 93
INTEL I845. ......................................................................................................................................... 95
CHIPSET PROCESSEUR PENTIUM INTEL............................................................................................ 97
CHIPSET PENTIUM II, CELERON ET PENTIUM III ........................................................................... 99
CHIPSET PENTIUM PRO .................................................................................................................... 101
CHIPSET INTEL XEON ..................................................................................................................... 101
CHIPSET INTEL PENTIUM IV.......................................................................................................... 101
CHIPSET DURON ET ATHLON........................................................................................................... 103
CHIPSET ITANIUM.............................................................................................................................. 104
ATHLONS 64 BITS ............................................................................................................................... 104
L'HORLOGE ET LA PILE DU CMOS.......................................................................................... 104

Page 4 sur 212
LE BIOS............................................................................................................................................. 105
LE SUPPORT DE PROCESSEUR ................................................................................................. 105
TYPE DE SOCKET .......................................................................................................................... 106
SOCKETS PRENANT EN CHARGE LES CPU D’INTEL......................................................................... 106
SOCKETS PRENANT EN CHARGE LES CPU D’AMD.......................................................................... 107
LES MICROPROCESSEURS POUR PC ....................................................................................... 107
LE 8088 ET 8086. ................................................................................................................................. 108
LE 286.................................................................................................................................................. 108
LE 386.................................................................................................................................................. 109
LE 486.................................................................................................................................................. 109
LES PENTIUM ..................................................................................................................................... 110
LES PENTIUM MMX, K-6, K6-2, K6- CYRIX 6X86 ............................................................................ 110
LES PENTIUM II – CELERON ET PENTIUM III.......................................................................... 111
MICROPROCESSEUR INTEL PENTIUM III COPERMINE ................................................................ 112
L'ATHLON, DURON ET THUNDERBIRD D'AMD............................................................................. 113
EVOLUTION........................................................................................................................................ 113
MICROPROCESSEUR PENTIUM IV (FIN 2000)................................................................................... 114
CARACTERISTIQUES............................................................................................................................. 114
EVOLUTION ......................................................................................................................................... 115
NOTATIONS DES PENTIUM IV ............................................................................................................. 116
PENTIUM IV EE................................................................................................................................. 116
SEMPRON D'AMD ............................................................................................................................. 117
LES PROCESSEURS 64 BITS................................................................................................................. 117
AMD 64 BITS....................................................................................................................................... 118
INTEL CORE, INTEL CODE 2 DUO.................................................................................................... 119
LES MICROPROCESSEURS POUR PC PORTABLES............................................................... 120
LES PROCESSEURS CRUSOE............................................................................................................... 120
PENTIUM III-M.................................................................................................................................. 120
PENTIUM IV MOBILE ........................................................................................................................ 121
PENTIUM M........................................................................................................................................ 121
INTEL CORE ....................................................................................................................................... 121
A. INTEL CORE2 EXTREME.................................................................................................................. 122
B. INTEL CORE 2 DUO ......................................................................................................................... 122
C. INTEL CORE 2 SOLO ........................................................................................................................ 122
ET AMD?............................................................................................................................................ 122
TURION............................................................................................................................................... 122
MICROPROCESSEUR DUAL-CORE ........................................................................................... 123
DIFFERENTES TECHNOLOGIES DU DUAL CORE............................................................................ 123
AVANTAGES........................................................................................................................................ 124
PROCESSEURS DUAL CORE INTEL.................................................................................................. 124

Page 5 sur 212
DUAL CORE AMD .............................................................................................................................. 125
LES SYSTEMES D'EXPLOITATION...................................................................................................... 125
STRUCTURE INTERNE DES PROCESSEURS ......................................................................... 126
STRUCTURE INTERNE D'UN PROCESSEUR DE BASE ........................................................................ 126
UTILISATION D'UNE MEMOIRE CACHE ............................................................................................ 128
PASSAGE DU CISC AU RISC ............................................................................................................... 129
ARCHITECTURE PIPELINE, SUPERPIPELINE ET SUPERSCALAIRE ................................................... 130
TAILLE DES TRANSISTORS, ALIMENTATIONS................................................................................... 132
ARCHITECTURE INTERNE DES PROCESSEURS ................................................................................. 132
CONCLUSION...................................................................................................................................... 134
STRUCTURE INTERNE DES MICROPROCESSEURS INTEL ACTUELS.......................... 134
L'ARCHITECTURE NETBURST........................................................................................................... 134
INTEL CORE ET CORE 2 DUO............................................................................................................ 136
STRUCTURE DES MICROPROCESSEURS ATHLON 64 ........................................................ 136
ARCHITECTURE STANDARD DES ATHLON 64, ATHLON 64FX ET OPTERON ................................. 137
ARCHITECTURE INTERNE D'UN ATHLON 64................................................................................... 140
LES CONNECTEURS DE MEMOIRE VIVE.............................................................................. 141
TYPES DE MEMOIRES VIVES............................................................................................................... 142
FONCTIONNEMENT DE LA MEMOIRE VIVE...................................................................................... 142
FORMATS DE BARRETTES DE MEMOIRE VIVE .................................................................................. 143
DRAM PM........................................................................................................................................... 144
DRAM FPM......................................................................................................................................... 144
DRAM EDO........................................................................................................................................ 145
SDRAM ............................................................................................................................................... 145
DR-SDRAM (RAMBUS DRAM)............................................................................................................ 145
DDR-SDRAM ..................................................................................................................................... 145
DDR2-SDRAM.................................................................................................................................... 146
TABLEAU RECAPITULATIF .................................................................................................................... 146
SYNCHRONISATION (TIMINGS)......................................................................................................... 147
LA CORRECTION D'ERREURS............................................................................................................. 147
BIT DE PARITE...................................................................................................................................... 148
BARRETTES ECC.................................................................................................................................. 148
DUAL CHANNEL................................................................................................................................. 148
RECAPITULATIF.................................................................................................................................. 148
MEMOIRE SPECIALE ORDINATEUR PORTABLE................................................................................ 148
MEMOIRES AVEC CORRECTION D'ERREURS..................................................................................... 149
LES CONNECTEURS D'EXTENSION ....................................................................................... 149
LES CONNECTEURS D'ENTREE-SORTIE.............................................................................. 150