Architecture Matérielle des Ordinateurs Plan de la seconde partie

Architecture Matérielle
des
Ordinateurs
Seconde Partie : Les Entrées / Sorties
Thierry Joubert
Plan de la seconde partie
Entrées / Sorties
Interruptions
Bus d’extension
Disque Dur
Bus externes
Interface Utilisateur
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Dialogue avec l’extérieur
Persistance
Interfaces de commande
Programmes, paramètres
Données numériques
Entrées/sorties numériques ou analogiques
Echantillonnage
Dialogue Utilisateur
Clavier, souris
Ecran, imprimante
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Principe général
Pour l’UC : Périphérique = Zone Mémoire
Contrôleurs dédiés à l’interfaçage
Adresses définies par construction ou
paramétrées dynamiquement
Echanges à travers le Bus
Périphériques
Unité
Centrale
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bus
Mémoire
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2
Mécanismes dédiés
Interruptions matérielles
Appel prioritaire à l’UC
Mécanisme de déroutement du programme en
cours
Dédié aux traitements asynchrones
Accès direct à la mémoire (DMA)
Transfert de données sans passer par l’UC
Bien adapté aux périphériques fonctionnant par
blocs (Disques, affichage, etc… ).
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CPU et asynchronisme
Par essence un processeur ne sait effectuer que des
traitements séquentiels (modèle de Von Neumann)
Malheureusement, les événements sont asynchrones
et les données provenant de l’extérieur ne sont pas
toujours disponibles en permanence
On a rajouté une capacité de réaction asynchrone au
processeur par le biais des interruptions
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6
3
Interruptions matérielles
Mécanisme intégré à l’UC permettant de dérouter
l’exécution d’un programme lors de l’apparition
d’un signal déterminé
IC = vecteur N
IT
Prgm
.
.
.
ISR - N
.
.
iret
Périph.
UC
Bus données
?
N° IT = N
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Interruptions PC
Architecture matérielle des interruptions dans
l’architecture PC-AT :
Broche INTR des interruptions masquables de l’UC
Deux contrôleurs d’interruptions 8259 en cascade 15 niveaux d’IT
IRQ0
IRQn
PIC 8259
Master
INTR
PIC 8259
Slave
Disquette
LPT
IRQ0
RTC
.
.
.
.
.
INT
IRQ7
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COM2
COM1
IRQ7
INT
INTA
IF = 1
IRQ2
.
.
.
µP
x86
Horloge
Clavier
Souris PS2
IDE1
IDE2
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4
Séquence d’interruption
Etapes d’une prise en compte d’interruption dans
le cas d’une architecture PC :
Le périphérique lève son niveau IRQn
Le PIC correspondant lève son niveau IRQ
L’UC prend en compte le niveau INTR à la fin de l’instruction
en cours
Si IF=1 l’interruption est acceptée et le signal INTA passe à 0
pendant deux cycles
Le PIC place le numéro de l’IRQ (n) sur le bus de données
L’UC lit le numéro et trouve l’adresse de la routine dans une
table des vecteurs d’interruptions
L’UC sauvegarde les registres sur la pile et place IF à 0
L’UC charge le vecteur dans IP et exécute la routine jusqu’à
l’instruction IRET
L’UC restore les registres depuis la pile, place IF à 1 et le
programme reprend son cours
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
9
© T. Joubert 2004
Accès DMA
Mécanisme permettant à un périphérique de récupérer
des informations depuis la mémoire sans qu’elles ne
passent par l’UC :
Mise en œuvre d’un composant dédié
Périph.
UC
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Bus de données
Contrôleur
DMA
Mémoire
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5
Au delà du Bus UC
D’autres bus parallèles :
ISA, EISA
PCI
Bus d’extension « Plug & Play »
AGP
Transferts vers la carte vidéo
PCMCIA
Premier standard du monde PC
Branchement à chaud, petit format
Pris en charge par un boîtier compagnon de l’UC
l’UC : le
Chipset
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Arborescence des Bus
UC
Bus AGP
IDE
ISA
ISA
Bus PCI
IDE
Chipset
Vidéo
Mémoire
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Performances des Bus
Bus
UC (Pentium II)
(Pentium IV)
ISA
PCI
Largeur Bits
Vitesse MHz
Débit Mo/s
64
100
400
8
33
800
3 200
16
132
264
533
AGP
16
32
64
32
133
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Bus parallèles PC
PCI
AGP
UC
IDE
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Le Disque Dur
Stockage de masse
Persistance des données binaires
Technologie magnétique
Grande capacité (100 fois la RAM)
Fichiers du Système d’exploitation
Fichiers des Applications
Informations (textes, images, etc…)
Accès rapide (quelques millisecondes)
Vitesse de rotation
Type de bus (IDE, SCSI )
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Structure du Disque Dur
Disques magnétiques
Mise en batterie
Découpage logique (formatage)
Têtes de lecture
Piste
Cylindre
Rotation entre 3500 et 15000 tr/Mn
tr/Mn
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secteur
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Repérage dans le Disque Dur
Numéro de Cylindre
Numéro de piste
Numéro de tête de lecture
Numéro de secteur
Distance têtes – Axe de rotation
Angle de rotation
Tous les secteurs contiennent la même quantité
d’informations.
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Contenu du Disque Dur
Découpe logique
Répertoire en piste 0
Fichiers découpés en secteurs chaînés
Piste 0
Sens de
rotation
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Performances disques
Deux types de connexions Disques Dur
SCSI (small computer system interface) 1 à 15 périph.
IDE, EIDE = natif IBM-PC 1 à 4 Disques Durs
Lien
SCSI ultra
SCSI ultra wide
SCSI ultra 2
SCSI 3 ultra 160
EIDE Ultra DMA-33
EIDE Ultra DMA-66
EIDE Ultra DMA-100
EIDE Ultra ATA
Débit Mo/s
20
40
80
160
33
66
100
160
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Disques PC
carte
SCSI
UC
IDE
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Au delà de la carte mère
Lien parallèle (impression)
Liens série
RS232, RS422
USB, FireWire, BlueTooth
Plug & Play, haut débit
Réseau Ethernet, WiFi
Connexions bas débit, point à point
Périphérique = autre ordinateur
I2C, CAN, Etc.
Equipements industriels
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Lien Parallèle / Série
Contraintes de distance :
Lien parallèle
Lien série
Quelques dizaines de mètres
modem
modem
Quelconque
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D’après [email protected]
Quelques mètres
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Réseau
Principe d’empilement de protocoles
UC-1
Lien virtuel
TCP - UDP
UC-2
TCP - UDP
IP
IP
LLC
LLC
MAC
MAC
Ethernet 802.3
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Architecture USB
Arboresence de périphériques
UC-1
USB host
Alimentation via USB
Notion de HUB
Fonctionne en scrutation
USB hub
Scanner
USB
USB hub
Clavier
USB
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Souris
USB
Etc…
Etc…
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Performances des liens
Bus
FireWire
USB
USB 2
RS 232
Ethernet
Hot Plug
Débit Mo/s
50
1,5
30-60
1,25
10-100
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Interfaces du PC
USB1
PS2
Parallèle
RS232
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Ethernet
USB2
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Interface utilisateur
Les temps anciens
Saisie manuelle des mots mémoire
Rubans et Cartes perforées
Télétypes
Terminaux alphanumériques
Lien série /dev/tty01
25 lignes de 80 caractères
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Evolution du Poste de
Travail
2000+
mobilité
1995
web
1981
PC
DOS
Netbios
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1990
GUI
X-11
Windows
Ilog Views
Netscape
IIS – IE
javascript
JAVA
.net
XMLXML-SOAP
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14
Affichage Graphique
Terminal
VGA
80x25 octets (monochrome)
640x480 octets (256 couleurs)
Haute définition
1600x1200x4 octets (True Color)
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GUI = homme dans la boucle
Asservissement Industriel
Asservissement
FONCTION
Détection
Action
La fonction de transfert est assurée par l’utilisateur
Réactivité Souris – écran = 100 ms
Action
Détection
Interface Utilisateur
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15
Système d’imagerie 3D
Architecture du calculateur
application
raster
géométrie
vidéo
CPU
FIFO
Polygônes 3D + oeil
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GE
FIFO
segments 2D
RU
points
31
16