FONCTIONNEMENT DE L’ORDINATEUR L1 – Technologies du numérique

FONCTIONNEMENT DE
L’ORDINATEUR
L1 – Technologies du numérique
Les inventeurs

Ada Lovelace (1815,1852) et Charles Babbage ( 1792,
1871)
La machine analytique de Babbage 1821
"capable de résoudre n'importe quelle équation et
d'exécuter les opérations les plus compliquées de
l'analyse mathématique«

George Boole (1815,1864)
Algèbre de Boole « Mathematical Analysis of Logic, »
(1847)

Alan.Turing (1912,1954)
“It is possible to invent a single machine which can be used
to compute any computable sequence », 1936
Ada Lovelace
Machine de Turing
Tout traitement réalisable
mécaniquement peut être
accompli par une machine
programmable..
Des symboles aux dessins
Projet Design rationale du
M.I.T
Machine à différence N°2
Architecture Von Neumann


Von Neumann (1903-1957)
Co-concepteur de l’EDVAC, il
conçoit une architecture
permettant la réalisation d’un
ordinateur.
Fonctionnement
schématique d’un processeur
Programmes
Données
Mémoire
Unité de
contrôle
Unité de calcul
Accumulateur
Exécution schématique d’un
programme
Dispositif d’entrée
Dispositif de
sortie
Architecture Von Neumann
Programmes
Données
Mémoire
CPU
Un programme est stocké dans
une mémoire de stockage ou
mémoire de masse.
Pour être exécutées les
instructions du programme
doivent se trouver en mémoire
centrale.
Programmes
Données
Mémoire
CPU
Architecture Von Neumann
Architecture Von Neumann
Programmes
Données
Mémoire
CPU
Les instructions sont
exécutées l’une après
l’autre.
Architecture Von Neumann
Programmes
Données
Mémoire
CPU
Les données nécessaires à l’exécution sont cherchées en
mémoire centrale.
Les résultats intermédiaires sont stockées dans la
mémoire centrale.
Architecture Von Neumann
Programmes
Données
Bonjour
Mémoire
CPU
Ou être stocké dans la
mémoire de masse
sous forme de fichier,
ou imprimé.
le résultat du
programme peut par
exemple être affiché
sur un écran.
Programme
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


entier A
écrire "Introduisez l'année:"
lire A
si NOT (A mod 4=0)

alors

écrire "L'année ", A, "n'est pas bissextile."
sinon
si NOT (A mod 100=0)
alors
écrire "L'année ", A, "est bissextile."
sinon
si NOT (A mod 400=0)
alors écrire "L'année ", A,
"n'est pas bissextile."
sinon écrire "L'année ", A, "est bissextile."
fsi
fsi
fsi
Un programme est composé
d’une série d’instructions
Le processeur va dans les cas les
plus simples traiter
séquentiellement les instructions.
Mais un programme peut aussi
comporter des conditions avec
des branchements ou des boucles.
.
Différents niveaux de langages

LANGAGE MACHINE
C'est une succession de codes
binaires directement
compréhensibles par le
processeur.
C’est le seul langage
réellement exécuté par un
processeur
Il y autant de langages
machine que de famille de
processeur et chaque famille
de processeurs dispose de ce
qu’on appelle un jeu
d’instruction (RISC, CISC,..)
Différents niveaux de langages
Différents niveaux de langages


LANGAGE ASSEMBLEUR
Pour faciliter la
programmation en
langage machine, ce
langage est son
équivalent lisible par un
opérateur humain.
Il existe donc un
langage assembleur
particulier pour chaque
famille de processeurs.
Différents niveaux de langages
Différents niveaux de langages


LANGAGES ÉVOLUÉS
Ces langages ne sont pas
liés à un type de
microprocesseur en
particulier.
lorsque le programme est
écrit en langage évolué, il
doit être compilé.
C’est-à-dire traduire le
programme en langage
machine en fonction du
microprocesseur utilisé.
Compilé ou interprété?
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COMPILÉ
les instructions sont d’abord traduites par
un compilateur depuis le code source vers le
langage machine, l’exécution se faisant
alors directement par le processeur de la
machine dans son langage natif.
Avantages:
vitesse d’exécution.
Détection des erreurs avant l’exécution
Inconvénient :
Compilation pour un processeur donné,
voire un système d’exploitation donné, de
sorte qu’il n’est pas aisé d’exécuter le
même programme compilé sur différente
architecture.
Exemple : Le langage C, C++ …
INTERPRÉTÉ
Les instructions sont décodées les unes après
les autres et exécutées aussitôt.
il n’y a aucune traduction préalable du
programme depuis le langage informatique
en langage machine. L’interprétation est
réalisée au moment de l’exécution.
Avantages
Exécution immédiate du programme
Le programme peut être exécuté
indifféremment sur plusieurs architectures.
Inconvénients
Plus lent
Les erreurs de syntaxes sont identifiées au
moment de l’exécution.
Pseudo code
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

Pour faire face aux inconvénients des
langages compilés, on a introduit la notion
de machine virtuelle. Le compilateur
compile un programme vers le pseudo code
d’une machine virtuelle.
Ensuite, la machine virtuelle, exécute le
programme via un compilateur JIT (Just in
Time) spécifique à chaque environnement
qui charge, compile et exécute chaque
morceau de programme pseudo code en
langage machine.
Exemple : JAVA, Framework .Net de
Microsoft.
Cartes mères
Asus P5Q Pro Turbo pour:
Processeurs Core™ 2 Extreme/Core™
2 Quad/Core™ 2 Duo/Pentium® dualcore/Celeron® dual-core/Celeron®
Bus et chipset
le processeur (CPU) n’a aucune idée
de ce à quoi il est connecté. Il
communique avec l’extérieur à l’aide
de ses connecteurs.
Un bus est un chemin électrique
reliant entre eux des composants
électroniques.
Fréquence
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La fréquence, qui s'exprime en hertz, mesure tout simplement le nombre
d’impulsions de l’horloge interne par seconde.
Un processeur cadencé à 800 MHz effectuera 800 millions d'opérations par
seconde. (jusqu’à 4 GHz ).
« la quasi totalité des composants de l'ordinateur se basent sur la fréquence
d'horloge afin de fixer leur propre cadence de travail, soit qu'ils la multiplient
(comme le processeur), soit qu'ils la fractionnent (tels les bus d'entrées/sorties)
tandis que le bus système et la mémoire, si elle fonctionne en mode synchrone,
se calquent eux très précisément sur cette dernière. »
coef multiplicateur
Débit Binaire
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Le débit binaire est la quantité d’informations en octets transportée à
travers les bus de l’ordinateur en une seconde.
Il est possible de connaître le débit maximal du bus en multipliant sa largeur
par sa fréquence.
Exemple
Un bus d’une largeur de 16 bits, cadencé à une fréquence de 133 MHz
possède donc un débit théorique égal à :
16 × 133×106 bit/s = 2 128×106 bit/s = 266×106 octets/s = 266 Mo/s
Temps d’accès
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Le temps d’accès est le temps qui sépare une demande de lecture
de l'obtention de l'information. Ce temps d’accès concerne les
mémoires.
La mémoire
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La mémoire est constituées de cellules
où peuvent être stockées les données.
Chaque cellule mémoire dispose d’une
adresse mémoire.
Ainsi pour lire ou écrire une donnée en
mémoire, il est nécessaire de disposer
d’une adresse.
Le bus d'adresse ne sert pas
uniquement à identifier une
adresse en mémoire; il permet
également de s’adresser aux
périphériques.
Adressage
Les catégories de mémoires
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Le temps d’accès est le temps nécessaire pour accéder à
une information dans la mémoire.
ms : milliseconde , 10 -3 secondes ou Millième de
seconde
ns : nanoseconde, 10 -9 secondes soit 1
Milliardième de seconde.
Les types mémoires
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MRAM
Les mémoires vives
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SDRAM -168 broches
DDR-SDRAM -184 broches
DDR2-SDRAM -240 broches
RAMBUS -184 broches
DDR3-SDRAM -240 broches
Les mémoires vives
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Type :
Temps d’accès : Temps qui s’écoule entre
SDR-SDRAM, DDR-SDRAM,DDR2SDRAM,DDR3-SDRAM,..
une demande de lecture ou d’écriture et la
réalisation de cette opération. (en
Capacité :
512Mo, 1 Go, 2Go,..
Norme :
PC66, PC100, PC133 (SDR), PC2100, PC2700,
PC3200, PC3500, PC3700, PC4000 (DDR)
PC4200, PC4300, PC5400, PC6400, PC8000
(DDR2), PC3-10666 (DDR3)
Débit :
Nombre d’octets ou bits pouvant être lus ou
écrits par seconde. (exprimé en Go/s)
nanoseconde).
Format :
SIMM, RIMM, SO-DIMM, DIMM (Dual
Inline Memory Module), nombre de
broches 30, 172, 168, 184 (DDR), 240
(DDR2),
Tension : 1,5v (DDR3); 1,8 v (DDR2) ;
2,5 v ;….
Détection d’erreurs : ECC ou non ECC
Freeware: Everest HOME EDITION
Chipsets
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Le chipset est un circuit électronique qui gère les échanges de données
entre les divers composants de la carte mère.
La carte mère et le chipset déterminent :
•La vitesse des différents bus ,
•Le type de processeur utilisable,
•Le type de mémoire utilisable,
•Les gammes de fréquences autorisées,
•La taille maximale de la mémoire que l’on peut atteindre.
•Les types de périphériques qui sont susceptibles d'être connectés.
.
La mémoire cache
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Consiste à stocker dans une mémoire très rapide, mais de faible capacité, les
données les plus souvent utilisées ou celles susceptibles d’être utilisées
prochainement. Toute donnée est d’abord cherchée dans les caches.
Microprocesseur
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Un processeur est défini par :
•La largeur de ses registres internes de
manipulation de données et instructions (8,
16, 32, 64, 128) bits ;
•La cadence de son horloge exprimée en MHz
ou GHz ;
•Le nombre de cœurs (core) exemple : dual
core ou quad.
•Son jeu d'instructions dépendant de la
famille (CISC, RISC, EPIC,VLIW) ;
• son architecture (pipeline, super-scalaire,
vectorielle,..)
•Sa finesse de gravure exprimée en nm
(nanomètres) et sa microarchitecture.
Intel
Amd
offre actuelle
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Les ports et connecteurs externes
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USB 1.0 : 12 Mbit/s
USB 2.0 (Hi-speed) : 480 Mbit/s
USB 3.0 (SuperSpeed) : 5 Gbit/s
FIREWIRE
Connecteurs internes
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PCI
ATA (Advanced Technology Attachment )
PATA(parallèle)
SATA (serial)
Comprendre une configuration
Modèle de processeur Intel
Pentium
Fréquence du processeur 2,7
GHz
Fréquence du bus FSB 800
Nombre de core 2
Architecture Intel Penryn
Finesse de gravure 0,045
Cache L2 2 Mo
Comprendre une configuration
Démarrage de l’ordinateur
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BIOS (Basic Input Output System)
RAM
Le BIOS assure plusieurs fonctions:
- Le POST (Power-On Self-Tests)
- Lancement du programme contenu
dans le MBR.
Le MBR (Master Boot Record) est le
premier secteur du disque dur (512
octets). Il contient la table des partitions
et un programme.
Le BIOS lance l’exécution de ce
programme.
Ce programme recherche la partition active
et charge en mémoire le programme qui se
trouve sur la partition active, le PL (Partition
Loarder)
Le PL charge à son tour en mémoire les
composants centraux (Kernel) du système
d’exploitation.
Le noyau du Système d’exploitation assurera
ensuite le reste du chargement nécessaire
pour la construction de l'environnement de
travail final.