Architecture générale de l'ordinateur

1. Architecture de l’ordinateur
Réalisé par
Afli Nour Elhouda
Groupe Fakher Formation Professionnelle Ecole des Cadres de Sousse
Installer des composantes informatiques 11/10/2023

2. Définitions
• L'ordinateur est une machine électronique programmable servant au
traitement de l'information codée sous forme numérique.

3. Définitions
• Il peut recevoir des données en entrée  « fonction d’entrée ».
• Stocker ou effectuer sur ces données des opérations en fonction d’un
programme « fonction de traitement ».
• Et enfin fournir des résultats en sortie« fonction de sortie ».

4. Définitions
• L'information traitée par l'ordinateur peut se présenter sous forme :
numérique, texte, son, dessin ou graphique, image ... mais aussi
instructions composant un programme. Cette information est
représentée (codée) sous forme de suites de chiffres binaires 0 et 1.

5. Architecture générale d’ordinateur
• L’architecture des ordinateurs est la discipline qui correspond à la
façon dont on conçoit les composants d’un système informatique.
• En informatique, le terme architecture désigne l’organisation des
éléments d’un système et les relations entre ces éléments. Il y a :
L’architecture matérielle : concerne l’organisation des différents
dispositifs physiques que l’on trouve dans un ordinateur. 
Fonctionnement logique de chaque composant et le dialogue entre
les composants

6. Architecture générale d’ordinateur
 L’architecture logicielle : concerne l’organisation de différents
programmes entre eux. Codage de l’information et jeu d’instruction
de la machine càd l’ensemble des opérations que la machine peut
exécuter.

7. Architecture générale d’ordinateur
• Concernant l’organisation de base d’un ordinateur, il doit posséder les
unités fonctionnelles suivantes :
Unité de traitement (Processeur) : cerveau de l’ordinateur, supervise les
autres unités et effectue les traitements (exécution et calcule).
Unités de stockage (Mémoire) : lieu de stockage des informations
(programmes et données).
Unités d’entrées et de sorties (Périphériques) : ce sont les unités qui sont
destinées à recueillir les informations en entrée et à les restituer en sortie.
Bus de communication assurent les connections entre les différentes
unités.

8. Architecture générale d’ordinateur

9. Composants de l’ordinateur
• Un ordinateur est un ensemble de composants électroniques
modulaires, c'est-à-dire des composants pouvant être remplacés par
d'autres composants ayant éventuellement des caractéristiques
différentes, capables de faire fonctionner des programmes
informatiques.
• La mise en œuvre de ces systèmes s’appuie sur deux modes de
réalisation distincts :
Le matériel (hardware mot signifiant quincaillerie) correspond à
l’aspect concret ou physique de l’ordinateur : unité centrale, mémoire,
organes d’entrées-sorties, etc…

10. Composants de l’ordinateur
 Le logiciel (software mot fabriqué pour les besoins de la cause en
remplaçant hard ‘dur’ par soft ‘mou’) désigne au contraire tout ce qui
n’est pas matériel est qui correspond à un ensemble d’instructions,
appelé programme, qui sont contenues dans les différentes mémoires
du système d’un ordinateur et qui définissent les actions effectuées
par le matériel.

11. Composants de l’ordinateur
• Les composants matériels de l'ordinateur sont architecturés autour
d'une carte principale comportant quelques circuits intégrés et
beaucoup de composants électroniques tels que condensateurs,
résistances, etc... Tous ces composants sont soudés sur la carte et
sont reliés par les connexions du circuit imprimé et par un grand
nombre de connecteurs : cette carte est appelée « carte mère ».

12. Carte mère

13. Carte mère
• La carte mère est la plus grande carte électronique prenant la forme
d’un circuit imprimé. C'est le système nerveux de l'ordinateur car elle
assemble et met en relation tous les composants matériels. Elle
permet à tous ses composants de fonctionner ensemble efficacement
car elle assure la connexion physique des différents composants
(processeur, mémoire, carte d'entrées/sorties, ...) par l’intermédiaire
de différents bus (adresses, données et commande). La qualité de la
carte mère est vitale puisque la performance de l’ordinateur dépend
énormément d’elle.

14. Processeur
• Le processeur (CPU, pour Central Processing Unit, soit Unité Centrale
de Traitement) est le cerveau de l'ordinateur. Il permet les échanges
de données entre les différents composants (disque dur, mémoire
RAM, Carte graphique, …) et de manipuler des informations
numériques, c'est-à-dire des informations codées sous forme binaire
et d'exécuter les instructions stockées en mémoire. Sa puissance est
exprimée en Hertz

15. Processeur
Le processeur est constitué d'un ensemble d'unités fonctionnelles reliées entre elles. Les rôles des principaux
éléments d'un microprocesseur sont les suivants :

16. Processeur
1. Une unité d'instruction (ou unité de commande, en anglais control
unit), qui contrôle toutes les composantes et qui lit les données
arrivantes, les décode puis les envoie à l'unité d'exécution. L'unité
d'instruction est notamment constituée des éléments suivants :
a. Séquenceur (ou bloc logique de commande) chargé de synchroniser
l'exécution des instructions au rythme d'une horloge. Il est ainsi chargé
de l'envoi des signaux de commande.

17. Processeur
b. Compteur ordinal contenant l'adresse de l'instruction en cours.
c. Registre d'instruction contenant l'instruction à exécuter.
d. Décodeur d’instruction identifie l’instruction à exécuter qui se trouve
dans le registre RI, puis d’indiquer au séquenceur la nature de cette
instruction afin que ce dernier puisse déterminer la séquence des
actions à réaliser.

18. Processeur
2. Une unité d'exécution (ou unité de traitement), qui accomplit les
tâches que lui a donné l'unité d'instruction.
3. L'unité arithmétique et logique (notée UAL ou en anglais ALU pour
Arithmetical and Logical Unit) pour le traitement des données.
a. L'unité de virgule flottante (notée FPU, pour Floating Point Unit), qui
accomplit les calculs complexes non entiers que ne peut réaliser l'unité
arithmétique et logique.
b. Le registre d'état.
c. Le registre accumulateur.

19. Processeur
• 4. 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 vive du système.

20. Processeur

21. Bus
• Un bus est un ensemble de fils (conducteurs électriques) qui assure la
transmission des informations binaires entre les éléments de
l’ordinateur. Il y a plusieurs bus spécialisés en fonction des types de
périphériques concernés et de la nature des informations
transportées : adresses, commandes ou données.

22. Bus
• Un bus est caractérisé par :
Sa largeur : un bus est caractérisé par le volume d’informations qui
peuvent être envoyées en parallèle (exprimé en bits) correspond au
nombre de lignes physiques sur lesquelles les données sont envoyées
de manière simultanée. Ainsi la largeur désigne le nombre de bits qu’un
bus peut transmettre simultanément.
1 fil transmet un bit, 1bus à n fils = bus n bits

23. Bus
• Sa vitesse : est le nombre de paquets de données envoyés ou reçus
par seconde. Elle est également définie par sa fréquence (exprimée
en Hertz). On parle de cycle pour désigner chaque envoi ou réception
de données. Un cycle mémoire assure le transfert d’un mot mémoire :
Cycle mémoire (s)=1 / fréquence

24. Bus
• Son débit : Le débit maximal du bus (ou le taux de transfert maximal)
est la quantité de donnée qu’il peut transfert par unité de temps, en
multipliant sa largeur par sa fréquence.
Débit (octets/s) = (nombre de transferts par seconde * largeur) / 8
Bande passante (en Mo/s) = largeur bus (en octets) * fréquence (en Hz)

25. Bus
• Différents types de bus Selon la nature de l’information à transporter,
on retrouve trois types de bus d’information en parallèle dans un
système de traitement programmé de l’information:

26. Types de bus
• Bus de données : c’est un bidirectionnel, il assure le transfert des
informations (opérations et données) entre le microprocesseur et son
environnement, et inversement. Son nombre de lignes est égal à la
capacité de traitement du microprocesseur.
• Bus d’adresses (bus d’adressage ou mémoire) : c’est un bus
unidirectionnel, il permet la sélection des informations à traiter dans
un espace mémoire (ou espace adressable) selon la demande du
processeur pour lire ou écrire une donnée. Il peut avoir 2 n
emplacements, avec n = nombre de conducteurs du bus d'adresses.

27. Types de bus
• Bus de commande (bus de contrôle) : c’est un bidirectionnel,
constitué par quelques conducteurs qui assurent la synchronisation
des flux d'informations. Il transporte les signaux de contrôle (lecture
ou écriture mémoire, opération d’entrées/ sorties, …), dont les
éléments sont disponibles sur les bus donnés ou adresses

28. chipsets
• Le chipset d’un ordinateur est un circuit intégré qui s’occupe de la
communication entre le processeur, la RAM, le stockage et les autres
périphériques. Le chipset détermine le nombre de composants haut
débit ou de périphériques USB pouvant être pris en charge par votre
carte mère. Les chipsets sont généralement constitués d’un à quatre
chips et disposent de contrôleurs pour les périphériques couramment
utilisés, comme le clavier, la souris ou le moniteur.

29. Chipset

30. Mémoire
• Un ordinateur a deux caractéristiques essentielles qui sont la vitesse à
laquelle il peut traiter un grand nombre d’informations et la capacité
de mémoriser ces informations. On appelle « mémoire » tout
dispositif capable d’enregistrer, de conserver aussi longtemps que
possible et de les restituer à la demande.

31. Mémoire
• Il existe deux catégories de mémoires présentes dans les ordinateurs :
la mémoire principale et la mémoire secondaire qui fait partie des
périphériques. A elle seule, la mémoire principale ne suffit pas pour
traiter toutes les données et programmes. Elle doit être secondée par
des mémoires secondaires. La mémoire principale, qui contient le
programme en cours d’exécution, a un temps d’accès assez faible,
quelques dizaines de nanosecondes, et ce temps est indépendant de
la position du mot cherché (par son adresse) dans la mémoire. Par
contre, les mémoires secondaires ont des temps d’accès nettement
plus longs, qui se comptent en millisecondes.

32. Mémoire principale
• Dans la mémoire principale sont rangés les programmes et les
données que va mouliner la machine. C’est là que le processeur lit et
écrit. Cette mémoire travaille comme le reste en arithmétique binaire.
Elle ne contient que des 0 et des 1.
• Ces bits -éléments atomiques d’information-, sont les plus petits que
l’on puisse envisager. Une telle arithmétique binaire est considérée
comme la plus efficace, la moins susceptible d’erreurs. Il suffit en effet
de savoir distinguer deux états associés à un phénomène physique
continu comme une tension électrique.

33. Mémoire principale
• Le 0 correspond à une tension proche de 0, le 1 à la tension proche du
maximum (5 volts par exemple). Avec 16 bits, on peut déjà représenter 216 =
65 536 nombres différents. Avec 32 bits, on a 232 nombres, soit quelques
milliards. Bien sûr, si l’on savait découper précisément en dix parties une
tension de 0 à 10 volts, on pourrait utiliser l’arithmétique décimale, mais on
n’en est pas là.
• La mémoire est formée d’un grand nombre de cellules, contenant toutes le
même nombre de bits, et possédant chacune un numéro qui constitue son
adresse, donnant par là-même le moyen d’y accéder précisément. La
mémoire est comme une longue rue où les maisons (les cellules) se succèdent
avec leurs adresses qui augmentent de un en un. Ces adresses sont aussi en
binaire. Avec k bits par adresse, on peut obtenir 2k adresses.

34. Mémoire principale
• La cellule ou case mémoire constitue la plus petite quantité d’information
à laquelle on peut s’adresser. Les fabricants d’ordinateur se sont accordés
à utiliser des cellules de 8 bits, soit un octet (ou byte). Les cellules peuvent
aussi être regroupées en mots. Si ces mots sont formés de 4 cellules, on
aura un ordinateur 32 bits. Les registres auront alors 32 bits, et les
instructions, comme celles d’addition ou soustraction, manipuleront des
mots de 32 bits. Là où les fabricants ne se sont pas mis d’accord, c’est sur
le sens de la numérotation des octets dans un mot, de gauche à droite
pour les grosses machines IBM par exemple, de droite à gauche pour les
microprocesseurs Intel. Cela peut constituer un inconvénient majeur pour
l’échange de données entre machines différentes.

35. Mémoire principale
• Malgré le découpage de la tension en deux valeurs extrêmes, les
mémoires sont sensibles à divers phénomènes comme les surtensions
ou les parasites sur les lignes d’alimentation. Pour se prémunir contre
ces interférences, elles utilisent des techniques de détection et de
correction d’erreurs. A chaque mot mémoire s’intègrent quelques bits
supplémentaires pour contrôler et vérifier la bonne qualité de
l’information.

36. Mémoire principale
• La mémoire principale se divise en deux types de mémoire : la
mémoire vive, accessible en lecture-écriture, mais qui perd ses
données lors de la mise hors tension, et la mémoire morte, à lecture
seule, mais qui conserve ses données.

37. La mémoire vive ou RAM
• La mémoire vive ou RAM Les mémoires qui permettent la lecture et
l’écriture d’informations sont en général les mémoires dites RAM
pour Random Access Memory, mémoire à accès aléatoire, ce qui
signifie simplement que le temps d’accès à l’information est le même
quel que soit le mot sollicité (cela par opposition à un accès
séquentiel). Autrement dit, le temps mis pour accéder à une
information ne dépend pas de son adresse. Ces mémoires
garantissent la mémorisation de l’information aussi longtemps que
l’alimentation électrique est maintenue. On distingue les RAM
statiques (SRAM) et les RAM dynamiques (DRAM).

38. La mémoire vive ou RAM
• Les SRAM sont très rapides : le temps d’accès est de l’ordre de
quelques nanosecondes. Mais elles sont d’un coût élevé, chaque bit
nécessitant quatre transistors formant une bascule électronique, plus
deux transistors d’accès. Ces mémoires servent souvent comme
mémoires caches.

39. La mémoire vive ou RAM
• les DRAM ont, elles, une structure interne à base de transistors et de
condensateurs. Comme la charge d’un condensateur a tendance à diminuer
dans le temps, les RAM dynamiques doivent être régulièrement rafraîchies,
environ une fois toutes les quelques millisecondes, afin d’éviter la disparition
de l’information. Il faut prévoir des interfaces permettant de donner ces
instructions de rafraîchissement, ce qui est un handicap. Mais les DRAM ont
comme atout d’avoir une capacité de mémoire importante. Elles ont aussi la
simplicité d’utiliser un seul transistor et un condensateur pour chaque bit, ce
qui facilite leur intégration dans un système. D’où un coût moins élevé que
les SRAM. Aussi les mémoires principales d’ordinateur sont-elles presque
toutes des mémoires DRAM, et la tendance va en faveur des SDRAM
synchrones (Synchronous DRAM) pilotées par une horloge commune.

40. La mémoire vive ou RAM
• Les mémoires RAM ne suffisent pas pour répondre à tous les
problèmes. Dans de nombreuses applications, des bouts de
programmes et des données internes doivent obligatoirement être
mémorisées de façon permanente, même lorsque l’alimentation
électrique est fermée. On utilise alors des mémoires ROM ( Read Only
Memory), qui ne permettent que la lecture.

41. La mémoire morte ou ROM
• Il y a aussi accès arbitraire aux données, comme pour les RAM, mais
l’information écrite dans ces mémoires, faite par le fabricant de la
machine, ne peut plus être ni modifiée, ni effacée, intentionnellement
ou pas, par l’utilisateur. Elle peut seulement être lue. Ce type de
mémoire est indispensable, surtout au démarrage de l’ordinateur, car
il faut lui donner un programme initial, une amorce, notamment ce
que l’on appelle le BIOS (Basic Input Output System). Dès que l’on
allume l’ordinateur, le BIOS prend le contrôle, il vérifie le
fonctionnement du matériel et teste les composants. Il passe ensuite
la main au système d’exploitation.

42. La mémoire morte ou ROM
• Les informations gravées dans une ROM sont enregistrées lors de sa
fabrication. Cela se fait par une technique d’insolation sur le support
photosensible, en passant à travers un masque reflétant les
configurations binaires désirées. Le prix d’une ROM est pour cette
raison plus élevé que celui d’une RAM.

43. Mémoire
Les principales caractéristiques d'une mémoire sont les suivantes :
• La capacité (la taille) : représentant le volume global d'informations
(en bits et aussi souvent en octet.) que la mémoire peut stocker.
• Le format des données : correspondant au nombre de bits que l’on
peut mémoriser par case mémoire. On dit aussi que c’est la largeur du
mot mémorisable.
• Le temps d'accès : correspondant à l'intervalle de temps entre la
demande de lecture/écriture (en mémoire) et la disponibilité sur le
bus de donnée Ta.

44. Mémoire
• Le temps d'accès : correspondant à l'intervalle de temps entre la
demande de lecture/écriture (en mémoire) et la disponibilité sur le
bus de donnée Ta.
• Le temps de cycle : représentant l'intervalle de temps minimum entre
deux accès successifs de lecture ou d’écriture Tc. On a Ta < Tc à cause
des opérations de synchronisation, de rafraîchissement, de
stabilisation des signaux, … etc. On Tc = Ta + temps de
rafraîchissement mémoire.

45. Mémoire
• Le débit (vitesse de transfert ou bande passante) : définissant le
volume d'informations échangées (lues ou écrites) par unité de temps
(seconde), exprimé en bits par seconde : Débit = n / Tc et n est le
nombre de bits transférés par cycle.
• La non volatilité : caractérisant l'aptitude d'une mémoire à conserver
les données lorsqu'elle n'est plus alimentée électriquement et volatile
dans le cas contraire.