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Informatique Cours S1.1 Structure ordinateur
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1 Présentation de l'ordinateur et de ses moyens de communication
Un ordinateur est une machine capable de traiter des informations de façon flexible (les programmes qui
traitent les informations peuvent être modifiées indéfiniment contrairement à un boitier électronique dont les
possibilités de modifications sont limitées).
Les informations peuvent être transmises grâce à différents moyens de communications appelés les ports.
Les performances des ports de communication sont principalement caractérisés par le débit d'information
qu'ils supportent (éventuellement par la distance admissible).
Unités :
- bit/s : quantité de chiffres binaires 0 ou 1 transmissibles par seconde
- o/s : quantité d'octets, c'est-à-dire de nombres binaires à 8 chiffres, transmissibles par seconde
( 1octet = 8bits ).
Les principaux ports de communication sont les suivants :
- port série utilisé pour certains périphériques de laboratoire (facile à programmer) remplacé
généralement par le port USB (Universal Serial Bus) plus rapide 600Mo/s (pour l'USB 3).
Les informations binaires sont transmises les unes après les autres sur le fil de données (par série
de données).
- port parallèle. Ce port en voie de disparition permettait de transmettre les données en parallèle sur
plusieurs fils. Il était utilisé principalement pour la communication unidirectionnelle vers les
imprimantes.
- port vidéo numérique : HDMI (High Definition Multimedia Interface) presque 1Go/s,
analogique : VGA (Video Graphic Array) associé à un port audio (prise jack). Le port DVI (Digital
Visual Interface) a été le premier port vidéo numérique en définition standard,
- port réseau RJ45 (communication avec d'autres ordinateurs en réseaux jusqu'à 1Go/s ),
- port sans contact : Bluetooth ou Wifi. Les données sont transmises sans contact par ondes
électromagnétiques (le Bluetooth 0,2 Mo/s plutôt pour les périphériques et le Wifi plutôt pour le
réseau 200 Mo/s). Ces moyens de communications tendent à supplanter les autres ports de
communication.
Figure 1 : Photos des principaux ports de communication
Nao possède 2 ports réseaux (RJ45 et Wifi), un port série USB ainsi que des éléments spécifiques de
communication intégrés (boutons de commandes, leds de communication, microphone, haut-parleur…).
Série
(9 broches males)
USB
Parallèles
(25 broches femelles)
HDMI
VGA
(15 broches
)
DVI
Réseau RJ45

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Unité de
commande
UAL
Registres
P
C
R
I
.
.
.
Bus
Mémoire
principale Disque dur
...
Unité centrale
2 Structure interne d'un ordinateur et performances
La structure interne élémentaire d'un
ordinateur est constitué d'une unité centrale
qui réalise les opérations, d'une mémoire
principale qui stocke les données en cours
de traitement, du disque dur qui stocke les
données traitées ou à traiter et un bus où
circulent les informations.
2.1 Unité centrale
Un processeur ou unité centrale (en anglais CPU : Central Processing Unit) est constitué :
- d'un registre de commande,
- de registres internes dans lesquels stocker les données,
- d'une unité arithmétique et logique UAL qui effectue les opérations.
Figure 3 : Exemple de cycle pour réaliser A+B
Pour réaliser une opération arithmétique, il faut donc réaliser les opérations suivantes :
- identifier l'opération arithmétique à effectuer dans le registre de commande (ici l'addition),
- lire les données A et B des registres internes et les stocker dans les registres d'entrées de
l'UAL,
- réaliser l'opération arithmétique et stocker le résultat dans le registre de sortie de l'UAL,
- copier le résultat de l'opération dans le registre interne.
Figure
2
: Structure élémentaire d'un ordinateur

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Un processeur sera d'autant plus performant si :
- les nombres traités sont grands (exemple : plus grand entier 2  pour un processeur à 64 bits),
- la fréquence des opérations de stockage ou de calcul est grande (exemple : à 1GHz , le
processeur peut réaliser 10 opérations par seconde). La limite est imposée par l'échauffement du
composant, suite aux commutations électriques, souvent réduit grâce à un ventilateur,
- la taille du registre est grande (possibilité d'accès très rapide aux données proches du processeur
ou opérations disponibles plus nombreuses). Compromis entre la distance, la rapidité et la longueur
des adresses paramétrables.
Nao possède un processeur X86 AMD GEODE 500MHz CPU :
- dimension maximale des mots binaires 32bits (x86)
- fréquence maximale des opérations 500MHz (fréquence faible mais processeur à faible
consommation électrique).
2.2 Chipset
Le Chipset a pour fonction de contrôler la transmission des données . Ses
performances (taille des mots binaires et fréquence d'horloge) doivent être similaires à
celles du microprocesseur pour ne pas ralentir l'ordinateur. Comme le microprocesseur, il
est souvent équipé d'un dispositif de refroidissement (radiateur…)
2.3 Bus
A l'intérieur de l'ordinateur les informations circulent entre composants par des fils de connexion appelés
bus. L'aiguillage des données est assuré par le Chipset.
Les 2 principaux types de bus sont le bus série et le bus parallèle.
Bus série
Les données circulent sur un seul fil les unes à la suite des autres. D'autres fils sont utiles pour ce bus
(horloge, masse pour la référence de tension nulle). Ce type de bus est préféré pour le transfert de
données éloignées de l'unité centrale (disque dur, périphérique externe …)
Bus parallèle
Les informations circulent en parallèle sur plusieurs fils. Les fils d'horloge et de masse sont également
nécessaires.
Les interférences qui apparaissent à haute fréquence entre les lignes limitent l'usage de ce type de bus au
transfert rapide de données sur de courte distance autour de l'unité centrale (carte mère, mémoire
principale…).
Les performances des bus sont indiquées par le débit de données qu'ils permettent.
Parmi les bus les plus rapides, les bus série SataIII acceptent un débit de 750Mo/s (supérieur parfois
largement au débit de la plupart des périphériques).
2.4 Périphériques de stockage
Les performances des périphériques de stockage sont la taille de la mémoire en o (octets) et par le
temps d'accès aux données caractérisé par un temps d'accès en s (secondes) ou/et un débit
maximum en o/s.
2.4.1 Mémoire vive RAM (Random Access Memory)
On appelle mémoire vive, un dispositif de stockage de données qui ne conserve pas ses données en
absence d'alimentation électrique. La mémoire vive est utilisée comme mémoire principale dans les

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ordinateurs car son temps d'accès est très court (quelques nanosecondes compatible avec les fréquences
de l'ordre du GHz des processeurs).
La taille de la mémoire principale était limitée à 4Go pour les processeurs en 32 bits. Elle est limitée à
presque 2 millions de To !! en 64 bits (quelques Go en pratique).
Le débit maximum est d'environ 1Go/s.
Figure 4 : Barrettes de mémoire principale RAM amovibles
Nao possède 256Mo de SDRAM (mémoire synchronisé avec l'horloge du bus).
2.4.2 Mémoire morte ROM
Historiquement les ROM étaient effectivement mortes dans le sens où elles ne pouvaient être que
lues (CD-ROM, DVD-ROM, BluRay…). On appelle ROM toute mémoire qui conservent son
information en absence d'électricité.
On utilise souvent des EEPROM (Electrically Erasable Program ROM).
La mémoire ROM est utilisée pour stocker les séquences de démarrage de l'ordinateur
(BIOS,CMOS…) ou pour archiver les informations (disque dur, clef USB…).
Figure 5 : EEPROM utilisée pour le BIOS soudée sur la carte mère de l'ordinateur
Le temps d'accès des ROM est de l'ordre de la dizaine de nanoseconde au mieux et la taille
stockage dépend de l'application (du Go à plusieurs centaines de Go).

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2.4.3 Disques durs
Les disques durs sont des solutions pour le stockage de grande quantité de données (archivage) au
meilleur rapport coût/disponibilité.
Les performances dépendent des technologies utilisées. A l'heure actuelle, deux technologies sont en
compétition (parfois associées dans les disques durs hybrides) :
- les disques durs mécaniques avec un disque rotatif et une tête de lecture mobile
- les disques durs SSD (Solid State Drive) construit par association d'EEPROM.
Figure
6
: Disque dur mécanique
Figure
7
: Disque dur SSD