Structure interne des ordinateurs Section B IFT-17583 ©Pierre Marchand, 2001, tous droits...

Structure interne des ordinateursSection B

IFT-17583

©Pierre Marchand, 2001, tous droits réservés

©Pierre Marchand, 2001 2

Qui suis-je ?

Jacques TangBureau : xxxx du pavillon Adrien-Pouliot

Téléphone : 656-2131, poste

Courriel : jacques.tang@ift.ulaval.ca

Pierre Marchand

Bureau : 3958 du pavillon Adrien-Pouliot

Téléphone : 656-2131, poste 7409

Téléavertisseur : 1-888-757-8077

Télécopieur : 656-2324

Courriel : marchand@ift.ulaval.ca

Page web pour le cours:

www.ift.ulaval.ca/~marchand/ift17583

©Pierre Marchand, 2001 3

Objectifs

Pourquoi étudier la structure interne des ordinateurs ???

• Pour être en mesure de conseiller votre employeur ou vos clients sur le matériel informatique le plus approprié.

• Pour mieux comprendre l’ordinateur, mieux le programmer et mieux le déboguer.

©Pierre Marchand, 2001 4

Plan

Historique et présentation générale

Représentation interne des informationsDonnées non numériques

Données numériques:Entiers positifs ou nuls

Entiers négatifs

Nombres fractionnaires

Circuits logiquesLogique combinatoire

Logique séquentielle

©Pierre Marchand, 2001 5

Plan

MémoiresMémoire centrale

Mémoire cache

Mémoire auxiliaire

Unité centrale de traitement

Superordinateurs et microprocesseurs

Entrées / Sorties

Téléinformatique et réseaux

Systèmes d ’exploitation

©Pierre Marchand, 2001 6

Plan

AssembleurArchitecture du Pentium

Outils de programmation

Types de données

Structures de contrôle

Instructions de base

Instructions arithmétiques

Conversions

La pile

Interruptions

Assembleur standard, directives d’assemblage et macros.

©Pierre Marchand, 2001 7

Évaluation

Examens• Examen 1 - le samedi 17 mars 2001, de 9h00

à 12h00, portant sur les unités 1 à 7 inclusivement et comptant pour 30% de la note finale

• Examen 2 - le samedi 28 avril 2001, de 9h00 à 12h00, portant sur les unités 1 à 13, mais principalement sur les unités 8 à 13 et comptant pour 40% de la note finale.

Les examens sont à livre ouvert.

©Pierre Marchand, 2001 8

Évaluation

Travaux pratiques

Quatre travaux pratiques comptant pour 7,5% chacun. 1 er Travail : 2 février 2001 2 e Travail : 3 mars 2001 3 e Travail : 2 avril 2001 4 e Travail : 28 avril 2001

©Pierre Marchand, 2001 9

Bibliographie

Manuels obligatoires• Architecture et technologie des ordinateurs, 3e édition, P. Zanella

et Y. Ligier, Dunod, 1998. ISBN: 2-10-003801-X.

• Supplément par P. Marchand

Autres manuels recommandés• Structure interne des ordinateurs, Bui Minh Duc, Zeus, 1999. ISBN:

2-9805737-0-1.

• Structured Computer Organization, 4th Edition, A.S. Tanenbaum, Prentice-Hall, 1999. ISBN: 0-13-095990-1.

©Pierre Marchand, 2001 10

Bibliographie

Pour l’assembleur:• The 80x86 IBM PC and Compatible Computers (Volumes I & II)

Assembly Language, Design and Interfacing, 2nd Edition. M.A. Mazidi, J.G. Mazidi, Prentice-Hall, 1998. ISBN: 0-13-758509-8.

• Introduction to Assembly Language Programming. S. P. Dandamudi, Springer-Verlag 1998. ISBN : 0-387-98530-1

©Pierre Marchand, 2001 11

Bibliographie

Autres• Computer Organization and Architecture, 4th Edition, W. Stallings,

Prentice-Hall, 1996. ISBN: 0-13-359985-X.

• Computer Organization & Design, 2nd Edition, D.A. Patterson & J. L. Hennessy, Morgan Kaufmann, 1998. ISBN: 1-55860-428-6.

• Architecture des ordinateurs, I. Dancea et P. Marchand, Gaëtan-Morin, 1992. ISBN: 2-89105-438-5.

©Pierre Marchand, 2001 12

Formule pédagogique

CoursLes mardis :

Structure interne

Les jeudis :

Assembleur à compter de la 4e semaine.

Travaux

Dépannages : à déterminer

©Pierre Marchand, 2001 13

Formule pédagogique

Page WebGuide

Supplément

FAQ

Exercices

Travaux et examens

©Pierre Marchand, 2001 14

Unité 1: Historique et présentation générale

Objectifs:À la fin de cette unité :

- vous aurez pris connaissance de l'évolution phénoménale de l'ordinateur depuis ses débuts.

- vous connaîtrez l'origine des différents systèmes de numération utilisés de nos jours : binaire, décimal, sexagésimal;

- vous comprendrez pourquoi on utilise encore le binaire en infor-matique;

- vous connaîtrez les composantes essentielles de la Machine de von Neumann.

©Pierre Marchand, 2001 15

Unité 1: Historique et présentation générale

ObjectifsVous aurez également une vue d'ensemble de l'organisation générale d'un ordinateur.

Pour y arriver, vous devez maîtriser les objectifs suivants :

- décrire les différents types de réseaux informatiques;

- définir ce que sont une unité centrale de traitement (CPU), une mémoire centrale, une unité de commande, une unité arithmétique et logique, des unités d'entrée/sortie, des unités périphériques;

- expliquer pourquoi on utilise un code de 7 à 8 bits pour représenter les caractères;

- expliquer ce qu'est une cellule de mémoire, un mot mémoire, une adresse, un registre;

- décrire les unités de capacité d'une mémoire : K, M, G, T et P, et les unités de mesure de temps très courts : ms, µs, ns, ps.

©Pierre Marchand, 2001 16

Unité 1: Historique et présentation générale

1. HistoriqueLire le chapitre 1 du livre de Zanella et Ligier.

Lire la page Historique sur le site Web.

2. Présentation générale

2.1 Ordinateur et informatiqueOrdinateur / computer

Système informatique = ordinateur + logiciels

©Pierre Marchand, 2001 17

Unité 1: Historique et présentation générale

2.2 Principaux éléments d ’un ordinateurUnité centrale

Cédérom ou DVD

Disque dur

Disquette

Clavier

Souris

Écran ou projecteur

Modem

Scanner

Carte de son

Images et vidéo

Fax modem

Ports SCSI, USB, etc.

©Pierre Marchand, 2001 18

Unité 1: Historique et présentation générale

Réseaux

WAN

MAN

LAN

WWW (Internet)

©Pierre Marchand, 2001 19

Unité 1: Historique et présentation générale

2.3 Valeurs et acteurs de référenceUnités de mesure de capacité

Kilo = 103 210 = 1024

Méga = 106 220 = 1 048 576

Giga = 109 230 = 1 073 74 824

Tera = 1012 240 = 1 099 511 627 776

Peta = 1015 250 = 1 125 899 906 842 624

Unités de mesure de temps

ms = milliseconde = 10-3 s = 0,001 s

µs = microseconde = 10-6 s = 0,000 0001 s

ns = nanoseconde = 10-9 s = 0,000 000 001 s

ps = picoseconde = 10-12 s = 0,000 000 000 001 s

©Pierre Marchand, 2001 20

Unité 1: Historique et présentation générale

Stockage Réseau

Ordinateur Bus

LogicielMémoireRAM

CPU

(disque dur, …)250 MB à 10 GB

Intel : PentiumSGI-MIPS: R10000Sun: UltraSparcMotorola-IBM-Apple:PowerPC200-500 MHz

b : bitB : Byte (= octet = 8 bits)bps : bits par secMbps : mégabits par secMB ou Mbytes ou Mo

Ethernet: 10 MbpsFast Ethernet; 100 MbpsFDDI: 100 MbpsATM: 155-622 MbpsGigabit Ethernet : 1 Gbps

SCSI: 4 MbpsFirewire : 400 Mbps

Systèmes d’exploitationNavigateur Internet32 à 256 MB

Quelques éléments typiquesd’un ordinateur personnel

©Pierre Marchand, 2001 21

Unité 1: Historique et présentation générale

Loi de Moore

1970 9075 8580 952000 05

103

104

105

106

107

108

109

Transistors

4004

80808086

80286

80386

80486Pentium

Pentium Pro

Pentium III, Itanium

Pentium IV

©Pierre Marchand, 2001 22

Unité 1: Historique et présentation générale

Loi de Moore

1970 9075 8580 952000 05

103

104

105

106

107

108

109

DRAM (bits)

©Pierre Marchand, 2001 23

Unité 1: Historique et présentation générale

Évolution de la famille Intel

Date Microprocesseur Transistors Largeur Bus Fréquence

traits (bits)

1971 4004 2 300 10 m 4 108 KHz

1974 8080 6 000 6 m 8 2 MHz

1978 8086 29 000 3 m 16 8 MHz

1982 80286 134 000 1,5 m 16 10 MHz

1985 80386 275 000 1,0 m 32 25 MHz

1989 80486 1 200 000 0,8 m 32 33 MHz

1993 Pentium 3 100 000 0,8 m 32 100 MHz

1996 Pentium Pro 5 500 000 0,32 m 64 200 MHz

1999 Pentium III 9 500 000 0,25 m 64 1,13 GHz

2000 Itanium 15 000 000 0,18 m 128 ?

2001 Pentium IV ? 0,18 m 64 > 1 GHz

©Pierre Marchand, 2001 24

Unité 1: Historique et présentation générale

Principaux acteurs du monde de l’informatique

IntelIBMSGIMotorolaSunHPNECHitachiFujitsuApple

MicrosoftOracleNetscape

Cisco3ComBay NetworksNovell

Logiciel(Applications)

Réseau(Networking)

Traitement(Computing)

©Pierre Marchand, 2001 25

Unité 1: Historique et présentation générale

2.3 Valeurs et acteurs de référence

Que sera l’ordinateur de demain ?

Quel sera le rôle des Network Computers ?

Ordinateurs optiques ?

2.4 Utilisation des ordinateursProgrammes système : fonctions de base de l’ordinateur

Programmes d’application– Calcul scientifique

– Gestion

– Conduite de processus

Système d’exploitation

©Pierre Marchand, 2001 26

Unité 1: Historique et présentation générale

2.5 Développement de logicielCycle de vie du logiciel

– Compréhension du problème– Spécification du système– Conception– Programmation– Tests et validation– Entretien ou maintenance

Documentation en parallèle

Programme, algorithme

Langages de programmation

Compilation, édition de liens et chargement

©Pierre Marchand, 2001 27

Unité 1: Historique et présentation générale

2.6 Principes de fonctionnementOrdinateur

Unité de contrôleou

Unité de commande

Unité arithmétiqueet logique

ouUnité de traitement

ouUnité de calcul

Unité centralede traitement

MémoireCache

Instructions

Données

Mémoire centraleou principale

Unités d’entrée/sortieou d’I/O

Contrôleur depériphériques

Carteréseau

©Pierre Marchand, 2001 28

Unité 1: Historique et présentation générale

Autre représentationP

ériphériques

Bus d ’adresses

Bus de contrôle

Bus de données

CPUMémoireCentrale

Unitéd ’E/S

©Pierre Marchand, 2001 29

Unité 1: Historique et présentation générale

2.6 Principes de fonctionnementCPU

Unité de calcul

résultat

opérandes

Unité arithmétique et logique

Registres

Reg Adr Reg Mot

RIPC ou CO Unité decommande

Décodeur

État Séquenceur

Horloge

Mémoire centrale

résultatsmotmémoire

adresseinstruction

©Pierre Marchand, 2001 30

Unité 1: Historique et présentation générale

2.6 Principes de fonctionnementMémoire centrale

Contenu:

Instructions

Données

ASCII

Bit

Caractère/octet/byte

Mot-mémoire = unité d’information adressable

Adresse

Contenu d’une adresse

©Pierre Marchand, 2001 31

Unité 1: Historique et présentation générale

2.6 Principes de fonctionnementMémoire centrale

Lecture -> l’information va vers le processeur

Écriture -> l’information va vers la mémoire

Capacité, exprimée en Ko, en Mo ou en Go, dépend du nombre de bits d’adresses.

RAM ou mémoire vive, accès aléatoire

Registres: registre d’adresses, registre de données

Mémoire cache

Unités d’entrée/sortie

Unités périphériques