5. Informatique
présentation
• Pb : l’Homme perd bcp de temps et commet bcp d’erreurs
lorsqu’il traite certaines données
• Sol : automatisation du traitement des données
• L'informatique (information automatique) = science du
traitement de l'information à l’aide d’un ordinateur.
• Initialement réservée au calcul scientifique, maintenant
s'applique à plusieurs domaines (bureautique, jeux,
communication, graphisme, cinéma, médecine, robotique,
etc.)
6. Historique
préhistoire au 17ème siècle : outils de calcul
• Pb : l’Homme perd bcp de temps et commet bcp d’erreurs
lorsqu’il effectue certains calculs
• Préhistoire : doigts (syst décimal) ou cailloux (calculus en latin)
• Antiquité : boulier, abaque
• 17ème siècle : 1642, Pascal : machine faisant des additions et
soustractions de 6 chiffres (la Pascaline)
7. Historique
18ème et 19ème siècles : automatisation des calculs
• 1728, Falcon puis 1805, Jacquard : utilisent des cartes
perforées pour commander un métier à tisser
• 1834, Babbage : utilise les cartes perforées (instructions et
données) pour des machines à calculer
8. Historique
20ème siècle : ordinateur mécanique
• 1938, Shannon : liens entre nombres binaires, algèbre de Boole
et les signaux électriques
• 1941, Zuse : Z3, calculateur utilisant une technologie électro-mécanique
9. Historique
1944: 1er ordinateur électronique (ENIAC)
• Eckert & Mauchly : ENIAC
(Electronical Numerical
Integrator And Calculator)
• 1er ordinateur électronique
(tubes à vide et relais)
• Machine reprogrammable
manuellement
• La reprogrammation
nécessite de reconnecter
6000 commutateurs
• 30 tonnes, forme de U de 6
mètres de large et 12 de
long
10. Historique
1945 : modèle de Von Neumann
• Pb : Le programme peut prendre des décisions selon des
résultats intermédiaires
• Sol : stocker le programme dans la mémoire de l'ordinateur
• 1945 : John Von Neumann définit l'architecture générale d'un
ordinateur avec ces composants :
– Unité arithmétique et logique : effectuer les opérations
– Unité de commande : contrôler les opérations
– Mémoire centrale : stocker données et programme
– Interface d'entrées/sorties : communiquer avec l’extérieur
• Ces différents organes étant reliés par des bus.
Quiz
11. Ordinateur
présentation
• Ordinateur = appareil électronique qui applique des
instructions prédéfinies sur des données.
• Les données à manipuler sont obtenues, soit par la lecture
de mémoires, soit par la lecture de périphériques qui
représentent des données physiques extérieures en valeurs
binaires (déplacement d'une souris, touche appuyée sur
un clavier, température, vitesse, …).
• Une fois traitées, les données sont réécrites, soit dans des
mémoires, soit dans des composants qui peuvent transformer
une valeur binaire en une action physique (écriture sur
une imprimante ou sur un moniteur, accélération ou freinage
d'un véhicule, changement de température d'un four, …).
13. Ordinateur
présentation des blocs fonctionnels
• Le microprocesseur : traitement de l'information par
l’exécution d’instructions sur des données.
• La mémoire : stockage des instructions et des données.
• Les périphériques d'entrée/sortie : interaction avec
l'extérieur.
• Les bus : interconnexion optimale des blocs.
14. Bus
problématique
C 1
C 2 C 3
C 5
C 8
C 4
C 6 C 7
C 1
C 2
C 4
C 6
C 8
C 3
C 5
C 7
B
U
S
Problème
Solution
15. Bus
présentation
Pb : optimiser l’échange de données entre les composants
Sol : mutualiser les voies de communication
Bus = système de câblage permettant la circulation des
données (signaux électriques) entre les composants
(mémoires, μP, périphériques, etc.).
Objectif : réduire le nombre de « voies » nécessaires à la
communication des différents composants, en mutualisant les
voies de données.
L’une des principales caractéristiques d’un bus est son débit :
le nombre de bits qui y transitent par seconde.
Exemples :
Front Side Bus (processeur ), Bus mémoire, Bus PCI-Express
(cartes graphiques ou cartes sons), Bus USB (plusieurs
périphériques), Bus S-ATA (disque dur, lecteur CD)
16. Bus
composition
• Lignes de contrôle :
– contrôler l'accès et l'utilisation des autres lignes (adr et données).
– exemples : requête bus, accord bus, lecture, écriture, requête
d’interruption, …
• Lignes d’adresse :
– désigne la source ou la destination des données
– exemples :
• adresse d’une donnée en mémoire
• adresse associée à un périphérique
• Lignes de données :
– transfert de données entre les éléments
17. Bus
chipset
• Pb : les bus ont des débits très différents
• Sol : créer des « carrefours intelligents »
• Chipset = ensemble de puces électroniques chargé d’interconnecter
intelligemment les différents bus.
• Le chipset se divise en deux parties:
– Le NorthBridge pour les bus à haut débit.
– Le SouthBridge pour les bus à faible débit.
18. Bus
schéma
μP
Northbridge
Bus interne (2Go/s)
Mémoire
vive
(64bits,66/133/200Mhz
DDR/QDR)
Bus mémoire
carte
graphique
Bus AGP ou PCI Ex16
(32bits,66Mhz ou 4Go/s)
Southbridge
DD/CD/DVD
Bus SATA
(150Mo/s)
Ports USB Bus USB
(60Mo/s)
Front side bus
cartes PCI express
(64bits,66/133/200Mhz)
Bus PCI Express
(250Mo/s à 2Go/s)
Carte réseau
Bus PCI
(32/64bits 66/133Mhz)
PS2/série/parallèle cartes PCI
Quiz
19. Mémoire principale
présentation
• Pb 1 : effectuer un calcul nécessitant des traitements
intermédiaires
• Sol : dispositif qui mémorise les traitements intermédiaires
• Pb 2 : le programme peut prendre des décisions selon des
résultats intermédiaires. Exemple : si delta<0 alors « pas de
solution »
• Sol : placer le programme à proximité des traitements
intermédiaires
• Mémoire = dispositif capable d'enregistrer une information
(donnée ou instruction), de la conserver (mémoriser) et de la
restituer.
• Mémoire principale : mémoriser temporairement les données et
les programmes en cours d'exécution.
• Exemples : « mémoire RAM », mémoire cache, registre.
20. • Bus d’adresses qui véhicule l’adresse du
mot mémoire à lire ou à modifier
• Décodeur d’adresses : permet de
sélectionner un mot mémoire.
• Bus de contrôle véhicule les commandes
provenant de l’unité centrale
• Matrice des points mémoires
• Tampon E/S : stockage des infos à lire ou
à écrire
• Bus de données véhicule l’information
lue à partir de la mémoire ou l’information
à écrire dans la mémoire
Bus d’adresse
Bus de données
D
E
C
O
D
E
U
R
Tampon d’E/S
Mémoire principale
structure
Bus de contrôle
Quiz
21. Microprocesseur
présentation
• Le processeur est le composant qui calcule, transforme et interprète
les informations sur les ordres de l'utilisateur.
• Il est cadencé au rythme d’une horloge interne (cristal au quartz
soumis à un courant électrique) qui envoie des impulsions que l’on
appelle "tops".
• La fréquence ou nombre de tops par seconde est exprimé en Hertz
et de nos jours en GigaHertz. Pour exemple un processeur cadencé
à 1Ghz effectue 1 milliard d’opérations à la seconde.
• Il existe principalement deux marques de processeurs :
Intel (Pentium et Celeron ) et AMD (Athlon et Duron ).
22. Microprocesseur
schéma des composants de base
instruction1
instruction2
…
donnée1
donnée2
…
D
é
c
o
d
e
u
r
23. Microprocesseur
composants de base
Les principaux éléments d'un microprocesseur sont les suivants :
• Une unité de mémoire cache qui contient les instructions et
données les plus fréquemment utilisées.
• Une unité de commande (ou unité d’instruction) qui lit les
instructions, les décode puis les envoie à l'unité d'exécution ;
• Une unité d'exécution (ou unité de traitement), qui accomplit les
tâches que lui a données l'unité d'instruction ;
• Une unité de gestion des bus (ou unité d'entrées-sorties), qui gère
les flux d'informations entrant et sortant, en interface avec
la mémoire principale du système.
24. Périphériques d’entrée-sortie
présentation
• Pb : comment l’ordi communique avec son environnement ?
• Sol : composants permettant l’entrée et la sortie de données
• Périphérique = matériel électronique pouvant être raccordé à un
ordinateur par l'intermédiaire de l'une de ses interfaces
d'entrée-sortie , le plus souvent par l'intermédiaire d'un
connecteur.
• On distingue habituellement :
– périphériques d'entrée : permettent uniquement d'envoyer
des infos (donnée ou instruction) à l'ordi (souris, clavier, etc.)
– périphériques de sortie: permettent à l’ordinateur d’émettre
des infos vers l’extérieur (écran, imprimante, ...)
– périphériques d’entrée-sortie : permettent des
communications bidirectionnelles (modem, écran tactile, ...)
– périphériques de stockage : permettent le stockage des infos
d’une manière permanente (disque dur, CD, ...)
