Ch.1 - La composition d`un ordinateur

Chapitre 1
La composition d’un ordinateur
1
2
3
4
–
–
–
–
Présentation Générale
Le Microprocesseur
Les Mémoires
Le Bus
1
Chapitre 1
La composition d’un ordinateur
1 – Présentation Générale
2 – Le Microprocesseur
3 – Les Mémoires
4 – Le Bus
2
1 – Présentation Générale


d’une unité centrale
de périphériques





D’ENTREES (souris, clavier, scanner, joystick, …)
DE SORTIES (Écran, imprimante, …)
DE STOCKAGE (Disque dur, disquette, Zip, bande,
cartouche, cédérom, CD/R, …)
DIVERS (Modem, carte son)
d’un ensemble de prises ou ports




Prise série : 9 broches mâles (transferts d’informations
vers l’extérieur)
Prise parallèle : 25 broches femelles (imprimante)
Prises de branchement de la souris, de l’écran, du clavier
et de l’alimentation
Prises USB (Universal Serial Bus) permettant de connecter
d’autres périphériques (scanners, …)  plus rapide
3
1 – Présentation Générale
Unité centrale :


organe essentiel, on y trouve la plupart des
composants qui vont faire la puissance de
la machine.
elle peut avoir une taille très réduite
dans le cas d’un portable,
ou au contraire occuper toute une pièce
(comme les super-calculateurs)
4
1 – Présentation Générale

Composition de l’unité centrale






Le microprocesseur
L’horloge (cadence le microprocesseur)
La mémoire centrale (RAM)
La mémoire morte (ROM)
Les bus (liens physiques entre les
différents éléments)
Le chipset (pilote du microprocesseur,
il organise le travail de manière à obtenir
les performances maximales)
5
1 – Présentation Générale

Exemple
de carte mère
(Intel 815E)
Voir TP N°2
« La composition de l’unité centrale »
6
1 – Présentation Générale

Composition de l’unité centrale (suite)





une alimentation
(transformateur 220 volts vers 5.5 volts
ou moins)
un ventilateur (pour refroidir l’ensemble)
un disque dur (stocker programmes et
données)
un lecteur de disquettes
des cartes additionnelles (carte réseau,
carte son, …)
7
Chapitre 1
La composition d’un ordinateur
1 – Présentation Générale
2 – Le Microprocesseur
3 – Les Mémoires
4 – Le Bus
8
2 – Le microprocesseur


Cerveau de l’ordinateur
le choix de celui-ci conditionne :
 le type d’applications utilisables avec
l’ordinateur (multimédia/bureautique)


le temps de réponse des logiciels
et surtout … le prix de la machine
le processeur représente en moyenne
40 % du prix d’un micro-ordinateur.
9
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques







la marque
la fréquence d’horloge
la largeur du bus de données
la mémoire cache
la consommation d’énergie
l’évolutivité
la technologie
10
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques (suite)
 La marque
 2 grandes firmes américaines
situé dans la Silicon Valley en Californie
se partagent le monde de la micro
 Intel x86 pour les applications MsDos et Windows (PC)
 La famille Motorola (PowerPC et
68000) pour les Macintosh (Apple)
11
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques (suite)
 La marque (suite)
La famille INTEL









8086
80286
80386
80486 (SX, DX, DX2, DX4)
Pentium
Pentium PRO
Pentium II
Pentium III
Celeron









4.77 Mhz
6/8 Mhz
16 à 40 Mhz
25 à 66 Mhz
100 à 200 Mhz
200 Mhz
200 à 450 Mhz
450 Mhz à 1 Ghz
300 à 566 Mhz
12
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques
 La marque (suite)
(suite)
Les compatibles INTEL

AMD (Advanced Micro Devices)
K6-II : execute 5 instructions par cycle d’horloge
 Athlon : aussi rapide que le Pentium III

13
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques (suite)
 La fréquence d’horloge




Plus elle est élevée, plus les temps de réponse
seront meilleurs
Mesurée en Mhz (MégaHertz)
Aujourd’hui, > 400 Mhz , bientôt, 1 Ghz (GigaHertz)
En théorie, 100 Mhz = 100 millions de microinstructions par seconde
En réalité, c’est plus compliqué, pour certains
microprocesseurs, une micro-instruction nécessite
4 cycles d’horloge ou pour d’autres, 3 instructions
s’exécutent pendant un seul cycle d’horloge.
14
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques (suite)
 La fréquence d’horloge

(suite)
Parfois, 2 vitesses d’horloge :


une élevée, pour les opérations internes au
microprocesseur
une autre basse, pour les échanges avec
l’extérieur du microprocesseur, ceci afin de
pouvoir utiliser les cartes d’extension courantes.
ex: le Pentium II, 400 Mhz en interne et 66 Mhz
pour les échanges
15
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques (suite)
 La largeur du bus de données


C’est par ce bus* que vont se faire les
échanges entre le microprocesseur et les
autres éléments de l’ordinateur.
Plus il est large (nb de conducteurs en bits),
plus les échanges sont rapides.
On est passé de 8 bits à 32 voire 64 bits
aujourd’hui.
* bus : ensembles de conducteurs électriques
16
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques (suite)
 La mémoire cache

Localisation
Interne au processeur (niveau 1)
 Externe au processeur (niveau 2)


Taille
8 ko, 16 ko en interne
 de 128 ko à 512 ko en externe

17
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques (suite)
 La mémoire cache (suite)

Technique de rafraîchissement

Write through

Write-back (mem. centrale mise à jour que qd la mem. cache
(qd donnée modifiée, mem. cache et mem.
centrale sont mise à jour  peu performant)
est pleine)


Write Back Synchrone (+ performant, …)
Organisation logique

Direct mapping (à une adresse cache correspond une

Fully associative (le cache sert à conserver des portions

Set associative (+ performant, le cache est divisé en
adresse en mémoire centrale)
de mémoire les plus utilisées par le microprocesseur)
segments)
18
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques (suite)
 La consommation d’énergie


Baisse du voltage : de 5 V à 3.3 puis 2.9 V limitant
l’échauffement et la consommation d’électricité.
La consommation d’énérgie électrique influe sur :





les risques d’échauffement du processeur
 ventilateur
la durée de vie des accumulateurs dans le cas des
portables
la facture d’électricité
le gaspillage d’énergie
la norme ENERGY STAR garantit une consommation
minimale (de 150 à 30 Watts)
19
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques (suite)
 L’évolutivité
 Pouvoir changer le microprocesseur
Il est monté sur un support ZIP
(Zero Insertion Force)
Conditions


Respecter les tensions électriques
Même type de support
(socket 7, slot 1, socket 370, slot A)
 Diversité pour des raisons purement marketing
(obligation de changer la carte mère !)
20
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques

(suite)
La technologie (2 grands types)


La tech. CISC
Complex Instruction Set Computer
 Au début, jeu réduit d’instructions
 Puis, le jeu s’est complété et complexifié
Décodage lent et peu performant
La tech. RISC
Reduced Instruction Set Computer
 Optimiser des instructions fondamentales
et ne pas conserver les autres
21
2 – Le microprocesseur
Caractéristiques

(suite)
La technologie (suite)

Aujourd’hui,
Technologie Pipeline
Technologie Parallèle
Technologie Super Scalaire
Avant réserver aux gros ordinateurs,
ces technologies ont pour but de traiter les
instructions en parallèle
 augmente vitesse de traitement
22
2 – Le microprocesseur
Les processeurs du futur
 Pour augmenter la vitesse, on joue sur :






l’augmentation de la fréquence d’horloge
l’augmentation du nombre de transistors
l’intégration
une tension électrique faible
le parallélisme
des nouveaux jeux d’instructions spécialisés
(ex. MMX, spécialisé dans le multimédia)
23
La composition d’un ordinateur
1 – Présentation Générale
2 – Le Microprocesseur
3 – Les Mémoires
4 – Le Bus
24
3 – Les mémoires
Caractéristiques
 Volatilité
 Capacité
 Mode d’accès
 Temps d’accès
 Vitesse de transfert
 Prix
25
3 – Les mémoires
Caractéristiques
 Volatilité
Mémoire Volatile =
les informations qu’elle contient
sont automatiquement perdues
lorsque la mémoire n’est plus
alimentée électriquement
(ex: Mém. centrale, Mém. cache)
26
3 – Les mémoires
Caractéristiques (suite)
 Capacité
Volume d’informations qu’une mémoire
peut contenir
elle est exprimée en octets






1
1
1
1
1
1
bit (Binary digIT) prend pour valeur 0 ou 1
octet = 8 bits (ex: 00100110)
kilooctet (ko) = 1024 octets (28)
mégaoctet (mo) = 1024 ko
gigaoctet (go) = 1024 mo
téraoctet (to) = 1024 go
27
3 – Les mémoires
Caractéristiques
 Mode d’accès


(suite)
Accès direct (ou sélectif, random,
aléatoire)
on accède à l’information à partir
d’une adresse
Accès séquentiel
 il faut parcourir toute la mémoire
jusqu’à trouver l’information
28
3 – Les mémoires
Caractéristiques (suite)
 Temps d’accès
Temps écoulé entre l’instant où une
information est demandée et
l’instant où cette information est
disponible
Ex : 10 nanosecondes pour la mém. centrale
(1 nanoseconde = 10-9 secondes)
29
3 – Les mémoires
Caractéristiques (suite)
 Vitesse de transfert (ou débit)
Volume d’information transférable
ex : 500 ko/s pour un disque dur

Prix
Variable d’un type de mémoire à
l’autre
30
3 – Les mémoires
Les différents types de mémoires
 La RAM (Random Access Memory)
Mémoire vive



Mémoire volatile à accès rapide
De 64 ko à plusieurs centaines de
mégaoctets
Inflation de la taille car :



les logiciels se complexifient (graphismes, …)
les utilisateurs veulent utiliser plusieurs logiciels
à la fois
l’avènement du multimédia : son et image
nécessite de la mémoire vive
31
3 – Les mémoires
Les différents types de mémoires
 La RAM (suite) 3 types principaux


DRAM (Dynamic RAM)
 Besoin d’être rafraîchie très souvent, un condensateur perd sa
charge au bout d’un certain temps
 Temps d’accès de 50 à 70 ns
Variante de la DRAM



RAM EDO (Extended Data Out)
 Moins rafraîchie, gains de rapidité sensibles  Carte mère spéciale
SDRAM à 100 ou 133 Mhz
SRAM (Static RAM)
 Utilisée principalement dans les mémoires caches
 Pas besoin d’être rafraîchie
 Temps d’accès 10 ns
 Coût élevé
32
3 – Les mémoires
Les différents types de mémoires
 La ROM (Read Only Memory)
Mémoire morte



Mémoire non volatile, inamovible en général
Utilisé pour conserver des informations stockées en
usine (bios, carte vidéo, …)
Plusieurs types




ROM : contenu fixé une fois pour toutes à la fabrication
PROM : Programmable ROM, prog. par l’utilisateur
EPROM ou REPROM : ROM programmable
électriquement, on peut la programmer et l’effacer avec
un rayonnement ultra-violet plusieurs fois
EEPROM ou E2PROM ou EAPROM : programmable et
effaçable à l’aide d’impulsions électriques
33
3 – Les mémoires
Les différents types de mémoires
 Les autres …





Le disque dur
Le lecteur de disquettes
le lecteur cédérom
lecteur de bandes magnétiques
ou cassettes DAT
Le lecteur ZIP (disquette de 100 mo ou 250)
Non volatile
 Tailles de stockage très différentes

34
Chapitre 1
La composition d’un ordinateur
1 – Présentation Générale
2 – Le Microprocesseur
3 – Les Mémoires
4 – Le Bus
35
3 – Le bus
Définition
 Ensemble de circuits qui relient le
processeur à la mémoire centrale et
aux cartes d’extension.
 Ce maillage de circuits électroniques
ne pourraient fonctionner sans le
contrôleur de bus destiné à gérer
tous les échanges qui ont lieu sur et
autour de la carte mère
36
3 – Le bus
Caractéristiques



La largeur (en nombre de bits)
Plus cette valeur est grande, plus le débit de
transfert sera important
Valeurs moyennes : 8 à 64 bits
La fréquence
Fréquence à laquelle les informations pourront
être envoyées sur le bus
Valeurs moyennes : de 8 à 10 Mhz
Le débit
Nombre d’octets qui pourront transiter en une
seconde sur le bus
Valeurs moyennes : de 5 mo/s à 133 mo/s
37
3 – Le bus
Caractéristiques

(suite)
Le type



Le bus de données
chargé de véhiculer les données
Le bus d’adresses pour les adresses
Le bus de commandes ou de contrôle
relié à un contrôleur qui permet de diriger
l’ensemble
38
3 – Le bus
Les standards



ISA (Industry Standard Architecture)
 Le plus ancien, le plus répandu, le moins
cher mais le plus lent, toutefois suffisant pour
des périphériques lents
MCA (Micro Chanel Architecture)
 inventé par IBM, destiné autrefois à
concurrencer les bus ISA, il est cher et
incompatible avec une architecture ISA
EISA
lancé par COMPAQ, ce bus est compatible
ISA
39
3 – Le bus
Les standards

VLBUS
VESA Local Bus
VESA (Video Electronics Standard Association)
 Obsolète


PCI (Intel)
 Le réglage des cartes d’extension se fait
automatiquement (Plug and Play)
 Plus coûteux, mais semble devenir la norme
en matière de bus local
AGP (Accelerated Graphics Port)
 Utilisé uniquement pour les cartes vidéo
dans les cartes mères récentes
40
3 – Le bus
Les connecteurs d’extension



Les micro ordinateurs sont désormais
des machines évolutives auxquelles on
va rajouter des fonctionnalités à l’aide de
cartes d’extension.
Elles se branchent sur le bus de la carte
mère à l’aide de connecteurs ou slots.
On trouve différents types (PCI, ISA,
AGP, …).
41
Chapitre 1
La composition d’un ordinateur
Fin du chapitre 1
42