Architecture des ordinateursA base de roues dent ees. Innovante gr^ace au sautoir, un syst eme m ecanique pour faire des retenues. Figure {Une pascaline 7/68 Ivan Noyer Architecture

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IntroductionLes composants electronique

HorlogeSchema d’un ordinateur

Un peu de concretLes differents types de programmes

Differents types d’ordinateurs

Architecture des ordinateurs

Ivan Noyer

Lycee Thiers

1/68 Ivan Noyer Architecture des ordinateurs





1 IntroductionLes premissesModele de Von Neuman

2 Les composants electronique

3 Horloge

4 Schema d’un ordinateurBus et chipsetMemoire

5 Un peu de concretCarte mere, carte graphique, barettes memoiresInstaller un disque dur

6 Les differents types de programmes

7 Differents types d’ordinateurs






Credits

https://fr.wikipedia.org/wiki/Machine_analytique

Un cours sur l’architecture des ordinateurshttps://info.uqam.ca/~privat/INF2170/notes_de_

cours/ndc02-structure_fonctionnement.pdf

Une page sur les circuits additionneurshttps://fr.wikipedia.org/wiki/Additionneur


https://fr.wikipedia.org/wiki/Machine_analytique

https://info.uqam.ca/~privat/INF2170/notes_de_cours/ndc02-structure_fonctionnement.pdf

https://info.uqam.ca/~privat/INF2170/notes_de_cours/ndc02-structure_fonctionnement.pdf

https://fr.wikipedia.org/wiki/Additionneur





Les premissesModele de Von Neuman



3 Horloge











Vocabulaire

Informatique contraction de Information et automatique.En anglais : Computer science

Ordinateur :

Etymologie : Du latin ordinator (� celui qui met de l’ordre,ordonnateur �). Le sens moderne a ete propose par leprofesseur de philologie Jacques Perret dans une lettre dateedu 16 avril 1955 en reponse a une demande d’IBM France,dont les dirigeants estimaient le mot calculateur (computer)bien trop restrictif en regard des possibilites de ces machines.Definition : Appareil electronique capable, en appliquant desinstructions predefinies (programme), d’effectuer destraitements automatises de donnees et d’interagir avecl’environnement grace a des peripheriques (ecran, clavier. . . ).







Vocabulaire


Ordinateur :








Vocabulaire


Ordinateur :

Etymologie : Du latin ordinator (� celui qui met de l’ordre,ordonnateur �). Le sens moderne a ete propose par leprofesseur de philologie Jacques Perret dans une lettre dateedu 16 avril 1955 en reponse a une demande d’IBM France,dont les dirigeants estimaient le mot calculateur (computer)bien trop restrictif en regard des possibilites de ces machines.

Definition : Appareil electronique capable, en appliquant desinstructions predefinies (programme), d’effectuer destraitements automatises de donnees et d’interagir avecl’environnement grace a des peripheriques (ecran, clavier. . . ).







Vocabulaire


Ordinateur :










3 Horloge











Un ancetre

Blaise Pascal est l’inventeur de la machine a calculer (1645).Initialement denommee machine d’arithmetique, roue pascalinepuis enfin pascaline. A base de roues dentees. Innovante grace ausautoir, un systeme mecanique pour faire des retenues.

Figure – Une pascaline







Un autre ancetre

Charles Babbage.

La machine analytique (analytical engine en anglais) machinea calculer programmable imaginee en 1834 par lemathematicien anglais Charles Babbage. Jamais realisee (saufpour un prototype inacheve). Son plus jeune fils, HenryBabbage, en construira plusieurs versions inacheveescomprenant l’unite centrale (le moulin) et l’imprimante de1880 a 1910.

En developpant une machine a calculer destinee au calcul et al’impression de tables mathematiques (machine a differences)Babbage eut l’idee d’y incorporer des cartes du metier (atisser) Jacquard, dont la lecture sequentielle donnerait desinstructions et des donnees a sa machine.Fonctionnait a la vapeur avec des roues et engrenagesmecaniques. Ancetre des ordinateurs modernes.







Un autre ancetre

Charles Babbage.

La machine analytique (analytical engine en anglais) machinea calculer programmable imaginee en 1834 par lemathematicien anglais Charles Babbage. Jamais realisee (saufpour un prototype inacheve). Son plus jeune fils, HenryBabbage, en construira plusieurs versions inacheveescomprenant l’unite centrale (le moulin) et l’imprimante de1880 a 1910.En developpant une machine a calculer destinee au calcul et al’impression de tables mathematiques (machine a differences)Babbage eut l’idee d’y incorporer des cartes du metier (atisser) Jacquard, dont la lecture sequentielle donnerait desinstructions et des donnees a sa machine.

Fonctionnait a la vapeur avec des roues et engrenagesmecaniques. Ancetre des ordinateurs modernes.







Un autre ancetre

Charles Babbage.

La machine analytique (analytical engine en anglais) machinea calculer programmable imaginee en 1834 par lemathematicien anglais Charles Babbage. Jamais realisee (saufpour un prototype inacheve). Son plus jeune fils, HenryBabbage, en construira plusieurs versions inacheveescomprenant l’unite centrale (le moulin) et l’imprimante de1880 a 1910.En developpant une machine a calculer destinee au calcul et al’impression de tables mathematiques (machine a differences)Babbage eut l’idee d’y incorporer des cartes du metier (atisser) Jacquard, dont la lecture sequentielle donnerait desinstructions et des donnees a sa machine.Fonctionnait a la vapeur avec des roues et engrenagesmecaniques. Ancetre des ordinateurs modernes.







Un autre ancetre

Figure – Le moulin de Babbage







Le Z3 : le veritable ancetre ?

Calculateur electromecanique concu par l’ingenieur allemandKonrad Zuse.

Premiere machine programmable pleinement automatique cequi en ferait le premier ordinateur du monde. 2 000 relaiselectromecaniques, frequence d’horloge de 5 a 10 Hz(actuellement souvent 3Ghz=3 · 109 operations/secondes) etexploitait des mots d’une longueur de 22 bits. Le code et lesdonnees etaient stockes sur des rubans perfores en celluloıd.Le Z3 fut acheve a Berlin en 1941 pour realiser des analysesstatistiques sur les vibrations des ailes.Detruit par des bombardements aeriens en 1943.Zuse demanda au gouvernement allemand de lui fournir destubes electroniques mais sa demande fut rejetee carconsideree comme � non indispensable a l’effort de guerre �.








Calculateur electromecanique concu par l’ingenieur allemandKonrad Zuse.Premiere machine programmable pleinement automatique cequi en ferait le premier ordinateur du monde. 2 000 relaiselectromecaniques, frequence d’horloge de 5 a 10 Hz(actuellement souvent 3Ghz=3 · 109 operations/secondes) etexploitait des mots d’une longueur de 22 bits. Le code et lesdonnees etaient stockes sur des rubans perfores en celluloıd.

Le Z3 fut acheve a Berlin en 1941 pour realiser des analysesstatistiques sur les vibrations des ailes.Detruit par des bombardements aeriens en 1943.Zuse demanda au gouvernement allemand de lui fournir destubes electroniques mais sa demande fut rejetee carconsideree comme � non indispensable a l’effort de guerre �.








Calculateur electromecanique concu par l’ingenieur allemandKonrad Zuse.Premiere machine programmable pleinement automatique cequi en ferait le premier ordinateur du monde. 2 000 relaiselectromecaniques, frequence d’horloge de 5 a 10 Hz(actuellement souvent 3Ghz=3 · 109 operations/secondes) etexploitait des mots d’une longueur de 22 bits. Le code et lesdonnees etaient stockes sur des rubans perfores en celluloıd.Le Z3 fut acheve a Berlin en 1941 pour realiser des analysesstatistiques sur les vibrations des ailes.

Detruit par des bombardements aeriens en 1943.Zuse demanda au gouvernement allemand de lui fournir destubes electroniques mais sa demande fut rejetee carconsideree comme � non indispensable a l’effort de guerre �.








Calculateur electromecanique concu par l’ingenieur allemandKonrad Zuse.Premiere machine programmable pleinement automatique cequi en ferait le premier ordinateur du monde. 2 000 relaiselectromecaniques, frequence d’horloge de 5 a 10 Hz(actuellement souvent 3Ghz=3 · 109 operations/secondes) etexploitait des mots d’une longueur de 22 bits. Le code et lesdonnees etaient stockes sur des rubans perfores en celluloıd.Le Z3 fut acheve a Berlin en 1941 pour realiser des analysesstatistiques sur les vibrations des ailes.Detruit par des bombardements aeriens en 1943.

Zuse demanda au gouvernement allemand de lui fournir destubes electroniques mais sa demande fut rejetee carconsideree comme � non indispensable a l’effort de guerre �.








Calculateur electromecanique concu par l’ingenieur allemandKonrad Zuse.Premiere machine programmable pleinement automatique cequi en ferait le premier ordinateur du monde. 2 000 relaiselectromecaniques, frequence d’horloge de 5 a 10 Hz(actuellement souvent 3Ghz=3 · 109 operations/secondes) etexploitait des mots d’une longueur de 22 bits. Le code et lesdonnees etaient stockes sur des rubans perfores en celluloıd.Le Z3 fut acheve a Berlin en 1941 pour realiser des analysesstatistiques sur les vibrations des ailes.Detruit par des bombardements aeriens en 1943.Zuse demanda au gouvernement allemand de lui fournir destubes electroniques mais sa demande fut rejetee carconsideree comme � non indispensable a l’effort de guerre �.10/68 Ivan Noyer Architecture des ordinateurs






Un autre ancetre

Figure – Une replique du Z3







Transformations techniques et sociales

L’histoire de l’informatique resulte de la conjonction entre desdecouvertes scientifiques et des transformations techniques etsociales.

Decouvertes physiques sur les semi-conducteurs et laminiaturisation des transistors.

Decouvertes mathematiques sur la calculabilite et lesproprietes des algorithmes.Invention de la theorie de l’information, de lasemiotique(Theorie generale des systemes de signes.) et de lacybernetique.Transformations techniques : Electronique et informatiquedans toute sorte de machines et dans toute sorte d’entreprises.Transformations sociales avec l’organisation des entreprises etdes administrations autour de leur systeme d’informationautomatise, et avec la circulation de l’information dans lesreseaux sous forme numerique.









Decouvertes physiques sur les semi-conducteurs et laminiaturisation des transistors.Decouvertes mathematiques sur la calculabilite et lesproprietes des algorithmes.

Invention de la theorie de l’information, de lasemiotique(Theorie generale des systemes de signes.) et de lacybernetique.Transformations techniques : Electronique et informatiquedans toute sorte de machines et dans toute sorte d’entreprises.Transformations sociales avec l’organisation des entreprises etdes administrations autour de leur systeme d’informationautomatise, et avec la circulation de l’information dans lesreseaux sous forme numerique.









Decouvertes physiques sur les semi-conducteurs et laminiaturisation des transistors.Decouvertes mathematiques sur la calculabilite et lesproprietes des algorithmes.Invention de la theorie de l’information, de lasemiotique(Theorie generale des systemes de signes.) et de lacybernetique.

Transformations techniques : Electronique et informatiquedans toute sorte de machines et dans toute sorte d’entreprises.Transformations sociales avec l’organisation des entreprises etdes administrations autour de leur systeme d’informationautomatise, et avec la circulation de l’information dans lesreseaux sous forme numerique.









Decouvertes physiques sur les semi-conducteurs et laminiaturisation des transistors.Decouvertes mathematiques sur la calculabilite et lesproprietes des algorithmes.Invention de la theorie de l’information, de lasemiotique(Theorie generale des systemes de signes.) et de lacybernetique.Transformations techniques : Electronique et informatiquedans toute sorte de machines et dans toute sorte d’entreprises.

Transformations sociales avec l’organisation des entreprises etdes administrations autour de leur systeme d’informationautomatise, et avec la circulation de l’information dans lesreseaux sous forme numerique.









Decouvertes physiques sur les semi-conducteurs et laminiaturisation des transistors.Decouvertes mathematiques sur la calculabilite et lesproprietes des algorithmes.Invention de la theorie de l’information, de lasemiotique(Theorie generale des systemes de signes.) et de lacybernetique.Transformations techniques : Electronique et informatiquedans toute sorte de machines et dans toute sorte d’entreprises.Transformations sociales avec l’organisation des entreprises etdes administrations autour de leur systeme d’informationautomatise, et avec la circulation de l’information dans lesreseaux sous forme numerique.









3 Horloge











Von Neuman

Concept imagine par John Von Neuman et son equipe (1949). Unemachine de Von Neuman est composee de

un organe de calcul pour executer les operations arithmetiqueset logiques, l’unite arithmetique et logique ;

une memoire (centrale), servant a la fois a contenir lesprogrammes decrivant la facon d’arriver aux resultats et lesdonnees a traiter ;des organes d’entree-sortie, ou peripheriques, servantd’organes de communication avec l’environnement et avecl’homme ;une unite de commande (control unit) permettant d’assurerun fonctionnement coherent des elements precedents.

.14/68 Ivan Noyer Architecture des ordinateurs






Von Neuman


un organe de calcul pour executer les operations arithmetiqueset logiques, l’unite arithmetique et logique ;une memoire (centrale), servant a la fois a contenir lesprogrammes decrivant la facon d’arriver aux resultats et lesdonnees a traiter ;

des organes d’entree-sortie, ou peripheriques, servantd’organes de communication avec l’environnement et avecl’homme ;une unite de commande (control unit) permettant d’assurerun fonctionnement coherent des elements precedents.







Von Neuman


un organe de calcul pour executer les operations arithmetiqueset logiques, l’unite arithmetique et logique ;une memoire (centrale), servant a la fois a contenir lesprogrammes decrivant la facon d’arriver aux resultats et lesdonnees a traiter ;des organes d’entree-sortie, ou peripheriques, servantd’organes de communication avec l’environnement et avecl’homme ;

une unite de commande (control unit) permettant d’assurerun fonctionnement coherent des elements precedents.







Von Neuman


un organe de calcul pour executer les operations arithmetiqueset logiques, l’unite arithmetique et logique ;une memoire (centrale), servant a la fois a contenir lesprogrammes decrivant la facon d’arriver aux resultats et lesdonnees a traiter ;des organes d’entree-sortie, ou peripheriques, servantd’organes de communication avec l’environnement et avecl’homme ;une unite de commande (control unit) permettant d’assurerun fonctionnement coherent des elements precedents.







Von Neuman


un organe de calcul pour executer les operations arithmetiqueset logiques, l’unite arithmetique et logique ;une memoire (centrale), servant a la fois a contenir lesprogrammes decrivant la facon d’arriver aux resultats et lesdonnees a traiter ;des organes d’entree-sortie, ou peripheriques, servantd’organes de communication avec l’environnement et avecl’homme ;une unite de commande (control unit) permettant d’assurerun fonctionnement coherent des elements precedents.

Unite arithmetique et logique + organe de commande, = unitecentrale (ou processeur). .14/68 Ivan Noyer Architecture des ordinateurs







3 Horloge










Les interrupteurs

Ce sont des composants electroniques qui laissent passer uncourant electrique lorsqu’il fait une certaine tension (ex 5V).

Figure – Interrupteurs ouvert et ferme






Cellule Memoire

Ce sont des composants electroniques qui sont capables dememoriser deux tensions (0 ou par exemple 5V).On peut assigner deux valeurs a une memoire :

0 lorsque la tension est de 0V


On appelle ce type de memoire un bit (Binary digIT)






Cellule Memoire

Ce sont des composants electroniques qui sont capables dememoriser deux tensions (0 ou par exemple 5V).On peut assigner deux valeurs a une memoire :



On appelle ce type de memoire un bit (Binary digIT)






La diode

On appelle diode un element electronique qui ne laisse passer lecourant que dans un sens. La resistance est pratiquement nulledans le sens de passage, et tres grande dans l’autre sens.

Figure – Une diode (photo) et sa representation schematique






Transistor

Le transistor est la brique avec laquelle sont construits les circuitselectroniques tels les micro-processeurs. Un transistor est undispositif semi-conducteur a trois electrodes actives, qui permet decontroler un courant ou une tension sur l’electrode de sortie.

Figure – Un transistor






Les circuits

Ce sont des composants electroniques a base de transistors quisont capables de realiser des operations � complexes � tels que desadditions, des multiplications, etc...

Figure – Schemas designant les circuits de calcul des fonctionsbouleennes






Un exemple de circuit : le circuit demi-additionneur

La table de verite de l’addition sur 1 bit est :A A S = A+B C(retenue)0 0 0 0

0 1 1 0

1 0 1 0

1 1 0 1

Observer que le resultat suit la table du XOR tandis que laretenue suit celle du AND.







La table de verite de l’addition sur 1 bit est :A A S = A+B C(retenue)0 0 0 0

0 1 1 0

1 0 1 0

1 1 0 1

Observer que le resultat suit la table du XOR tandis que laretenue suit celle du AND.







Figure – Le demi-additionneur effectue la somme de deux bits. S est lasomme et C le report ou retenue (carry). Ce schema n’est cependant passuffisant pour realiser la somme de nombres de plusieurs bits. Il faut alorstenir compte du report de l’addition des bits precedents.






Un additionneur

Un additionneur complet necessite une entree supplementaire : uneretenue. L’interet de celle-ci est de permettre le chaınage descircuits. La table de verite d’un additionneur complet est :

A B CEntree S CSortie

0 0 0 0 0

0 0 1 1 0

0 1 0 1 0

0 1 1 0 1

1 0 0 1 0

1 0 1 0 1

1 1 0 0 1

1 1 1 1 1






Un additionneur

Le circuit correspondant a l’additionneur complet, est compose dedeux demi-additionneurs en serie accompagnes d’une logique pourcalculer la retenue (un OU entre les deux retenues generables parchacun des demi-additionneurs) :

Figure – Un additionneur complet






Additionneur

Additionneur parallele a propagation de retenue : Il est possible dechaıner plusieurs additionneurs un bit pour en fabriquer un capablede traiter des mots de longueurs arbitraires :

Figure – Un additionneur parallele a propagation de retenue

L’inconvenient de ce circuit est sa lenteur car il depend du tempsde propagation de la retenue de module en module. Cetteconception ne peut etre choisie pour des circuits depassantquelques bits.25/68 Ivan Noyer Architecture des ordinateurs







3 Horloge










Horloge

La presentation precedente ne tient pas compte d’une donneeimportante : le temps.

Probleme : Lorsque deux circuits sont montes en serie, il nefaut pas que le second commence son calcul avant que lepremier delivre sa reponse.Solution : le processeur dispose d’une horloge centrale Circuitoscillant (dispositif a quartz) selon une certaine frequence(109 Hz en gros). A chaque fin de periode le circuit oscillantemet un signal.Imperatif : tous les circuits elementaires doivent terminer leurscalculs en un nombre entier (fixe a l’avance) de cyclesd’horloge (distance entre deux signaux).Si deux circuits sont montes en serie, le calcul 1 se fait entredeux bip. Lorsque le second bip retentit, un mecanisme (circuitET) informe le second circuit qu’il peut commencer le calcul.






Horloge

La presentation precedente ne tient pas compte d’une donneeimportante : le temps.Probleme : Lorsque deux circuits sont montes en serie, il nefaut pas que le second commence son calcul avant que lepremier delivre sa reponse.

Solution : le processeur dispose d’une horloge centrale Circuitoscillant (dispositif a quartz) selon une certaine frequence(109 Hz en gros). A chaque fin de periode le circuit oscillantemet un signal.Imperatif : tous les circuits elementaires doivent terminer leurscalculs en un nombre entier (fixe a l’avance) de cyclesd’horloge (distance entre deux signaux).Si deux circuits sont montes en serie, le calcul 1 se fait entredeux bip. Lorsque le second bip retentit, un mecanisme (circuitET) informe le second circuit qu’il peut commencer le calcul.






Horloge

La presentation precedente ne tient pas compte d’une donneeimportante : le temps.Probleme : Lorsque deux circuits sont montes en serie, il nefaut pas que le second commence son calcul avant que lepremier delivre sa reponse.Solution : le processeur dispose d’une horloge centrale Circuitoscillant (dispositif a quartz) selon une certaine frequence(109 Hz en gros). A chaque fin de periode le circuit oscillantemet un signal.

Imperatif : tous les circuits elementaires doivent terminer leurscalculs en un nombre entier (fixe a l’avance) de cyclesd’horloge (distance entre deux signaux).Si deux circuits sont montes en serie, le calcul 1 se fait entredeux bip. Lorsque le second bip retentit, un mecanisme (circuitET) informe le second circuit qu’il peut commencer le calcul.






Horloge

La presentation precedente ne tient pas compte d’une donneeimportante : le temps.Probleme : Lorsque deux circuits sont montes en serie, il nefaut pas que le second commence son calcul avant que lepremier delivre sa reponse.Solution : le processeur dispose d’une horloge centrale Circuitoscillant (dispositif a quartz) selon une certaine frequence(109 Hz en gros). A chaque fin de periode le circuit oscillantemet un signal.Imperatif : tous les circuits elementaires doivent terminer leurscalculs en un nombre entier (fixe a l’avance) de cyclesd’horloge (distance entre deux signaux).

Si deux circuits sont montes en serie, le calcul 1 se fait entredeux bip. Lorsque le second bip retentit, un mecanisme (circuitET) informe le second circuit qu’il peut commencer le calcul.






Horloge

La presentation precedente ne tient pas compte d’une donneeimportante : le temps.Probleme : Lorsque deux circuits sont montes en serie, il nefaut pas que le second commence son calcul avant que lepremier delivre sa reponse.Solution : le processeur dispose d’une horloge centrale Circuitoscillant (dispositif a quartz) selon une certaine frequence(109 Hz en gros). A chaque fin de periode le circuit oscillantemet un signal.Imperatif : tous les circuits elementaires doivent terminer leurscalculs en un nombre entier (fixe a l’avance) de cyclesd’horloge (distance entre deux signaux).Si deux circuits sont montes en serie, le calcul 1 se fait entredeux bip. Lorsque le second bip retentit, un mecanisme (circuitET) informe le second circuit qu’il peut commencer le calcul.






Derive d’horloge

Comme le processeur est gros, les circuits ne recoivent pastous le signal en meme temps. La duree maximale au bout delaquelle le dernier circuit est informe du bip est appelee Derived’horloge.

On a donc cycle > derive.

Necessite d’un traitement global : il est trop complique detenir compte precisement des differentes dates de reception dusignal.

La difference cycle−derive est le temps de calculdisponible. On l’applique a TOUS les circuits meme ceux quirecoivent l’information en premier. Plus la derive estimportante, moins il reste de temps pour les calculs.






Derive d’horloge










Derive d’horloge










Derive d’horloge










Consommation

Acheminer un signal en chaque point du processeur prend dutemps, mais aussi de l’energie.

Afin de limiter la derive d’horloge, le signal est emis dans uncircuit en forme de grille qui recouvre l’ensemble duprocesseur.

Il faut en outre prevoir des repeteurs d’horloge car les circuitssont grands et les circuits eloignes recoivent trop tardl’information du top.

Consommation importante : 30% de la consommation duprocesseur est due a la gestion de l’horloge.






Consommation










Consommation










Consommation










Bus et chipsetMemoire



3 Horloge











Schema simplifie d’un ordinateur

Figure – Schema general d’un ordinateur







Schema

Unite de calculs contient :

des circuits ;des memoires liees aux circuits (nommees registres)

Decodeur d’instructions (unite de controle) : en fonction del’instruction referencee en memoire, il determine l’action aeffectuer.

Un peripherique entree (clavier,souris..) ;

Un peripherique de sortie (ecran, imprimante)







Schema


des circuits ;

des memoires liees aux circuits (nommees registres)










Schema












Schema












Schema












Schema












Exemple tres simplifie du deroulement du calcul de 12+5

transferer le nombre 12 saisi au clavier dans la memoire


transferer le nombre 12 de la memoire vers le registre A

transferer le nombre 5 de la memoire vers le registre C

demander a l’unite de calcul de faire l’addition et mettre leresultat dans le registre B.

transferer le contenu du registre B dans la memoire

transferer le resultat (17) se trouvant en memoire vers l’ecrande la console (pour l’affichage).





























































































3 Horloge











Bus

L’unite centrale de traitement communique avec la memoireet les dispositifs peripheriques au travers d’un bus.

Un bus est un ensemble de lignes de communications quipermet le transfert d’adresses, de donnees et de signaux quirepresentent de l’information entre les divers composants dusysteme.

Dans la plupart des ordinateurs le bus est divise encomposantes fonctionnelles : bus d’adresses, bus des donneeset bus de controle.







Bus










Bus










Le chipset

Un chipset (ou controleur) : element charge d’aiguiller lesinformations entre les differents bus afin de permettre a tous leselements de l’ordinateur de communiquer entre eux. Compose dedeux elements :

Le NorthBridge (Pont Nord ou Northern Bridge, egalementcontroleur memoire) est charge de controler les echangesentre le processeur et la memoire vive. Donc situegeographiquement proche du processeur, parfois meme integreau processeur. Autre nom : GMCH, pour Graphic and MemoryController Hub.

Le SouthBridge (Pont Sud ou Southern Bridge, egalementcontroleur d’entree-sortie) gere les communications avec lesperipheriques d’entree-sortie. Autre nom : appele ICH (I/OController Hub).







Le chipset

Un chipset (ou controleur) : element charge d’aiguiller lesinformations entre les differents bus afin de permettre a tous leselements de l’ordinateur de communiquer entre eux. Compose dedeux elements :

Le NorthBridge (Pont Nord ou Northern Bridge, egalementcontroleur memoire) est charge de controler les echangesentre le processeur et la memoire vive. Donc situegeographiquement proche du processeur, parfois meme integreau processeur. Autre nom : GMCH, pour Graphic and MemoryController Hub.Le SouthBridge (Pont Sud ou Southern Bridge, egalementcontroleur d’entree-sortie) gere les communications avec lesperipheriques d’entree-sortie. Autre nom : appele ICH (I/OController Hub).36/68 Ivan Noyer Architecture des ordinateurs






Une carte carte mere et les deux chipsets

Figure – Une carte mere avec les chipsets bien visibles









3 Horloge











Les differents types de memoire

Classement par usage

memoire vive (RAM) memoire ou chaque information stockeepeut a tout moment etre consultee, ou modifiee. La memoirecentrale des ordinateurs est la plupart du temps une memoirevive volatile.

memoire morte (ROM) memoire ou les informations sontecrites une fois mais ne peuvent pas etre modifiees. Lesmemoires mortes sont utilisees par exemple pour stockerdefinitivement des logiciels enfouis. La memoire morte fournitdes donnees invariables necessaires au demarage del’ordinateur.Avec l’evolution rapide des techniques, seul unsysteme minimaliste tout juste suffisant au demarrage, leBIOS puis son remplacant l’UEFI, a ete maintenu.








Classement par usage

memoire vive (RAM) memoire ou chaque information stockeepeut a tout moment etre consultee, ou modifiee. La memoirecentrale des ordinateurs est la plupart du temps une memoirevive volatile.memoire morte (ROM) memoire ou les informations sontecrites une fois mais ne peuvent pas etre modifiees. Lesmemoires mortes sont utilisees par exemple pour stockerdefinitivement des logiciels enfouis. La memoire morte fournitdes donnees invariables necessaires au demarage del’ordinateur.Avec l’evolution rapide des techniques, seul unsysteme minimaliste tout juste suffisant au demarrage, leBIOS puis son remplacant l’UEFI, a ete maintenu.







Classement par cout

Pour des raisons economiques, les memoires sont en generaldivisees en plusieurs familles traitees, la plupart du temps,differemment par le systeme d’exploitation. Par ordre de rapportcroissant prix/capacite et de vitesses croissantes :

Memoire de masse ou memoire de stockage : stocker a longterme des grandes quantites d’informations. Capacite destockage elevee a faible cout, vitesse inferieure aux autresmemoires. Contenu persistant. Exemple : disque dur

La memoire vive : espace principal de stockage dumicroprocesseur.Memoire cache : conserver un court instant des informationsfrequemment consultees, buffer memoire vive/processeurLes registre du processeur integre au processeur. .







Classement par cout


Memoire de masse ou memoire de stockage : stocker a longterme des grandes quantites d’informations.

La memoire vive : espace principal de stockage dumicroprocesseur. Contenu volatile, disparaıt lors de la misehors tension de l’ordinateur. Ex : memoire DDR4

Memoire cache : conserver un court instant des informationsfrequemment consultees, buffer memoire vive/processeur

Les registre du processeur integre au processeur. .







Classement par cout


Memoire de masse ou memoire de stockage : stocker a longterme des grandes quantites d’informations.La memoire vive : espace principal de stockage dumicroprocesseur.Memoire cache : conserver un court instant des informationsfrequemment consultees, buffer memoire vive/processeurBut : accelerer la vitesse des operations de consultation.Grande vitesse, cout eleve, faible capacite de stockage. Deuxversions : interne au processeur ou externe

Les registre du processeur integre au processeur. .







Classement par cout


Memoire de masse ou memoire de stockage : stocker a longterme des grandes quantites d’informations.La memoire vive : espace principal de stockage dumicroprocesseur.Memoire cache : conserver un court instant des informationsfrequemment consultees, buffer memoire vive/processeurLes registre du processeur integre au processeur. Tres rapidemais tres cher donc reserve a une tres faible quantite dedonnees.







Classement par cout


Memoire de masse ou memoire de stockage : stocker a longterme des grandes quantites d’informations.La memoire vive : espace principal de stockage dumicroprocesseur.Memoire cache : conserver un court instant des informationsfrequemment consultees, buffer memoire vive/processeurLes registre du processeur integre au processeur. .

Le processeur utilise en priorite les registres, la memoire cache, lamemoire vive, et la memoire de masse.








Classement par comportement vis a vis de l’alimentation electrique

memoire volatile : memoire ou les informations sont perdueslors de la mise hors tension de l’appareil.

memoire remanente ou non volatile : memoire ou lesinformations sont conservees meme apres la mise hors tensionde l’appareil.memoire flash : memoire remanente rapide, depourvue depiece mecanique.memoire virtuelle : mecanisme qui permet de donner plus dememoire au processeur pour travailler, en simulant la presenced’un type de memoire tout en utilisant un autre type. Il estutilise par exemple pour simuler la presence de memoire viveen utilisant de la memoire de masse.









memoire volatile : memoire ou les informations sont perdueslors de la mise hors tension de l’appareil.memoire remanente ou non volatile : memoire ou lesinformations sont conservees meme apres la mise hors tensionde l’appareil.

memoire flash : memoire remanente rapide, depourvue depiece mecanique.memoire virtuelle : mecanisme qui permet de donner plus dememoire au processeur pour travailler, en simulant la presenced’un type de memoire tout en utilisant un autre type. Il estutilise par exemple pour simuler la presence de memoire viveen utilisant de la memoire de masse.









memoire volatile : memoire ou les informations sont perdueslors de la mise hors tension de l’appareil.memoire remanente ou non volatile : memoire ou lesinformations sont conservees meme apres la mise hors tensionde l’appareil.memoire flash : memoire remanente rapide, depourvue depiece mecanique donc resistante au choc. Pour cette raison,utilisee dans les smartphone. Ex : disque dur SSD.

memoire virtuelle : mecanisme qui permet de donner plus dememoire au processeur pour travailler, en simulant la presenced’un type de memoire tout en utilisant un autre type. Il estutilise par exemple pour simuler la presence de memoire viveen utilisant de la memoire de masse.









memoire volatile : memoire ou les informations sont perdueslors de la mise hors tension de l’appareil.memoire remanente ou non volatile : memoire ou lesinformations sont conservees meme apres la mise hors tensionde l’appareil.memoire flash : memoire remanente rapide, depourvue depiece mecanique.memoire virtuelle : mecanisme qui permet de donner plus dememoire au processeur pour travailler, en simulant la presenced’un type de memoire tout en utilisant un autre type. Il estutilise par exemple pour simuler la presence de memoire viveen utilisant de la memoire de masse.







Unites de stockage en multiple de 10

Un bit (deux informations)

Un octet : 8 bits

Un kilooctet (ko) -pas de majuscule- : 1000 octets

Un megaoctet (Mo) : 1000 ko

Un gigaoctet (Go) : 1000 Mo

Un teraoctet (To) : 1000 Go

Un petaoctet (Po) : 1000 To









Un octet : 8 bits














Un octet : 8 bits














Un octet : 8 bits














Un octet : 8 bits














Un octet : 8 bits














Un octet : 8 bits












Des multiples de 2

Nom Symbole Valeur en bitskibioctet kio 210 ' 1024

mebioctet Mio 220

gibioctet Gio 230

tebioctet Tio 240

pebioctet Pio 250

exbioctet Eio 260

zebioctet Zio 270

yobioctet Yio 280

Noter la lettre i .






Carte mere, carte graphique, barettes memoiresInstaller un disque dur



3 Horloge













3 Horloge











Composants

Concretement un ordinateur aujourd’hui est compose :

D’une carte mere

D’un processeur

D’une memoire vive

De cartes d’extension

De memoires de masse

De peripheriques d’entree/sortie







Composants


D’une carte mere

D’un processeur











Composants


D’une carte mere

D’un processeur











Composants


D’une carte mere

D’un processeur











Composants


D’une carte mere

D’un processeur











Composants


D’une carte mere

D’un processeur











Une carte carte mere recente

Contient les chipset, les bus et les connecteur (ou ports).

Figure – Une carte mere avec l’emplacement du bios







Carte graphique

Figure – Carte graphique MSI GeForce GT 710 - 1 Go







Barette memoire

Figure – Crucial 16GB DDR4-2133 SODIMM







Barette memoire

Une carte mere ne gere en general qu’un seul type dememoire : celui gere par le pont nord.

Ce controleur memoire est integre dans le Northbridge sur unecarte mere Intel soclet 775, mais se trouve dans le processeurdepuis longtemps chez AMD, et depuis les sockets 1366 et1156 chez Intel.

En 2017, la DDR4 equipe toutes les cartes meres.







Barette memoire










Barette memoire










Ne pas se tromper

Physiquement, les differents types de RAM se distinguent par uneencoche les empechant de se monter sur une carte mere qui ne lessupporte pas.

Figure – DDR2 VS DDR3









3 Horloge











Disque dur

Figure – Un disque dur SATA







Disque dur

Figure – Enlever le couvercle de la tour. Visser le DD







Disque dur

Figure – Connecter au bon port (ici SATA)








3 Horloge










Trois categories de programmes

Lorsque l’on utilise un ordinateur, on utilise en fait unprogramme.

Des le demarrage plusieurs programmes sontautomatiquement executes.

Ils ne sont pas tous egaux, on distigue 3 categories :

BIOSSysteme d’exploitationProgrammes utilisateurs






























BIOS

Systeme d’exploitationProgrammes utilisateurs










BIOSSysteme d’exploitation

Programmes utilisateurs
















Bios

Le BIOS et l’UEFI (le remplacant du BIOS) sont descomposants essentiels au fonctionnement de l’ordinateur.

Ils agissent comme un intermediaire entre le materiel del’ordinateur et le systeme d’exploitation.

Sans eux, un systeme d’exploitation comme Windows seraitincapable de detecter et d’utiliser les peripheriques !

Le BIOS est le premier programme execute lorsqu’on allumel’ordinateur. Il est est stocke dans la memoire morte (ROM)ou dans la memoire flash (EEPROM) de la carte mere.

Il initialise les composants materiels de l’ordinateur et demarrele systeme d’exploitation (lequel est stocke sur le disque dur).






Bios











Bios











Bios











Bios











Bios

Apres avoir allume l’ordinateur, le BIOS s’execute et

charge tous les peripheriques de base,effectue un test du systeme – le POST (Power-On Self-Test) –puis execute le chargeur d’amorcage du premier peripheriquede l’ordre d’amorcage.

L’ordre d’amorcage est une liste de peripheriques del’ordinateur, classes selon un ordre d’importance.

Si le disque dur ou est installe Windows est le premierperipherique dans l’ordre d’amorcage, le BIOS va executer lechargeur d’amorcage du disque dur afin de charger le systemed’exploitation (Windows).Mais si c’est le lecteur DVD qui est le premier, et que celui-cicontient (par exemple) un programme d’installation LINUX,c’est ce dernier qui s’execute.






Bios

Apres avoir allume l’ordinateur, le BIOS s’execute etcharge tous les peripheriques de base,

effectue un test du systeme – le POST (Power-On Self-Test) –puis execute le chargeur d’amorcage du premier peripheriquede l’ordre d’amorcage.








Bios

Apres avoir allume l’ordinateur, le BIOS s’execute etcharge tous les peripheriques de base,effectue un test du systeme – le POST (Power-On Self-Test) –

puis execute le chargeur d’amorcage du premier peripheriquede l’ordre d’amorcage.








Bios

Apres avoir allume l’ordinateur, le BIOS s’execute etcharge tous les peripheriques de base,effectue un test du systeme – le POST (Power-On Self-Test) –puis execute le chargeur d’amorcage du premier peripheriquede l’ordre d’amorcage.








Bios









Bios



Si le disque dur ou est installe Windows est le premierperipherique dans l’ordre d’amorcage, le BIOS va executer lechargeur d’amorcage du disque dur afin de charger le systemed’exploitation (Windows).

Mais si c’est le lecteur DVD qui est le premier, et que celui-cicontient (par exemple) un programme d’installation LINUX,c’est ce dernier qui s’execute.






Bios









Configuration

Le BIOS (ou l’UEFI) est configurable dans une certainemesure. Notamment, l’ordre d’amorcage est configurable.

Au demarage de l’ordinateur, on voit souvent apparaıtre uneindication comme � Press Esc to enter setup � quipermet d’entrer dans le BIOS.






Configuration

Le BIOS (ou l’UEFI) est configurable dans une certainemesure. Notamment, l’ordre d’amorcage est configurable.

Au demarage de l’ordinateur, on voit souvent apparaıtre uneindication comme � Press Esc to enter setup � quipermet d’entrer dans le BIOS.






Le systeme d’exploitation

Par exemple, Windows, MacOS, Linux... En anglais OperatingSystem (OS).C’est le second programme a etre execute, c’est lui qui determine :

quel programme utilisateur va etre execute

comment repartir la memoire entre les differents programmes

comment lire/enregistrer les donnees sur les memoires demasse

les droits de chaque utilisateur du systeme








































Les criteres d’un bon OS sont :

la fiabilite (dont absence de bugs)

la securite (dont lutte contre les intrusions)

l’homogeneite (notamment uniformite des facons d’accederaux fonctions systeme)

la portabilite (installation facile sur differentes machines)







































Les programmes utilisateurs

Ce sont les programmes qui sont lances par l’utilisateur comme parexemple :

editeur de texte (Fenetre d’ecriture de code de Spyder, emacs,bloc-note...)

traitement de texte (World),

compilateur, interpreteur

interface graphique,

tous les programmes que nous ecrirons.

Suivant les OS, ces programmes ont plus ou moins de libertes.




























































3 Horloge










Micro-ordinateurs

Ce sont des ordinateurs autonomes, l’unite centrale contienttous les composants indispensables au bon fonctionnement del’ordinateur.

Deux categories de micro-ordinateurs :

Les compatibles PC (compatibles au standard initie par IBMen 1981) : OS : Windows, Linux, FreeBSD, etc. refroidis parun ventilateurMacintosh, un seul constructeur : Apple. OS disponibles :MacOS, Linux, FreeBSD, etc. refroidis par un ventilateurRaspberry. OS disponible : differentes versions de LINUX.refroidissement passif.SMARTPHONE (IPHONE ou SAMSUNG), tablettes. OSdisponibles : IOS, Android...






Micro-ordinateurs









Micro-ordinateurs



Les compatibles PC (compatibles au standard initie par IBMen 1981) : OS : Windows, Linux, FreeBSD, etc. refroidis parun ventilateur

Macintosh, un seul constructeur : Apple. OS disponibles :MacOS, Linux, FreeBSD, etc. refroidis par un ventilateurRaspberry. OS disponible : differentes versions de LINUX.refroidissement passif.SMARTPHONE (IPHONE ou SAMSUNG), tablettes. OSdisponibles : IOS, Android...






Micro-ordinateurs



Les compatibles PC (compatibles au standard initie par IBMen 1981) : OS : Windows, Linux, FreeBSD, etc. refroidis parun ventilateurMacintosh, un seul constructeur : Apple. OS disponibles :MacOS, Linux, FreeBSD, etc. refroidis par un ventilateur

Raspberry. OS disponible : differentes versions de LINUX.refroidissement passif.SMARTPHONE (IPHONE ou SAMSUNG), tablettes. OSdisponibles : IOS, Android...






Micro-ordinateurs



Les compatibles PC (compatibles au standard initie par IBMen 1981) : OS : Windows, Linux, FreeBSD, etc. refroidis parun ventilateurMacintosh, un seul constructeur : Apple. OS disponibles :MacOS, Linux, FreeBSD, etc. refroidis par un ventilateurRaspberry. OS disponible : differentes versions de LINUX.refroidissement passif.

SMARTPHONE (IPHONE ou SAMSUNG), tablettes. OSdisponibles : IOS, Android...






Micro-ordinateurs









Les supers ordinateurs

Principe : faire travailler ensemble un grand nombre deprocesseurs. Fonctionnement parallele par opposition a untraitement sequentiel ou les instructions sont effectuees lesunes apres les autres.

On parle aussi d’architecture vectorielle car les calculs sur lesvecteurs et les matrices se pretent bien au parallelisme.

Les premiers ordinateurs vectoriels furent les Cray.

Stockes dans des batiments refrigeres.

















Principe : faire travailler ensemble un grand nombre deprocesseurs. Fonctionnement parallele par opposition a untraitement sequentiel ou les instructions sont effectuees lesunes apres les autres.On parle aussi d’architecture vectorielle car les calculs sur lesvecteurs et les matrices se pretent bien au parallelisme.Les premiers ordinateurs vectoriels furent les Cray.Le Cray2 (1985) avait une puissance d’environ 1 Giga flops(vitesse de traitement de la partie virgule flottante : FLOP(Floating Point Operations Per Second)), moins que lapuissance d’un ordinateur de bureau actuel.Le Pangea de Total equivaut a 27000 PC et ce n’est que le16eme plus puissant au monde.

















Informatique distribuee

Une alternative aux super-ordinateurs est de faire travaillerensemble un grand nombre d’ordinateurs personnels.

C’est l’informatique distribuee dont le projet SETI -Search forExtra-Terrestrial Intelligence) en est un exemple : les donneesrecueillies par les radiotelescopes sont analysees par unemyriades d’ordinateurs particuliers (sur leur tempsd’inactivite) apres segmentation des calculs a effectuer.






Informatique distribuee

Une alternative aux super-ordinateurs est de faire travaillerensemble un grand nombre d’ordinateurs personnels.

C’est l’informatique distribuee dont le projet SETI -Search forExtra-Terrestrial Intelligence) en est un exemple : les donneesrecueillies par les radiotelescopes sont analysees par unemyriades d’ordinateurs particuliers (sur leur tempsd’inactivite) apres segmentation des calculs a effectuer.






DATAS CENTER

Les data centers des grands groupes de l’internet, sont concusaussi comme des super-ordinateurs sauf que le but recherchen’est pas tant la puissance de calcul elle-meme que lefonctionnement en mode serveur (stockage de donnees,serveurs de base de donnees, regulation du trafic internet...)

Un data center consomme autant d’electricite qu’une ville deplusieurs milliers d’habitants.En 2015, leur consommation totale representait 4% de laconsommation mondiale, la climatisation et les systemes derefroidissements en utilisant la moitie.Les data centers americains ont consomme 91 milliards dekWh en 2013 et 56 milliards en Europe (prevision : 104milliards en 2020) (source Conso Globe).


https://www.planetoscope.com/electronique/230-energie-consommee-par-les-data-centers.html





DATAS CENTER

Les data centers des grands groupes de l’internet, sont concusaussi comme des super-ordinateurs sauf que le but recherchen’est pas tant la puissance de calcul elle-meme que lefonctionnement en mode serveur (stockage de donnees,serveurs de base de donnees, regulation du trafic internet...)Un data center consomme autant d’electricite qu’une ville deplusieurs milliers d’habitants.

En 2015, leur consommation totale representait 4% de laconsommation mondiale, la climatisation et les systemes derefroidissements en utilisant la moitie.Les data centers americains ont consomme 91 milliards dekWh en 2013 et 56 milliards en Europe (prevision : 104milliards en 2020) (source Conso Globe).







DATAS CENTER

Les data centers des grands groupes de l’internet, sont concusaussi comme des super-ordinateurs sauf que le but recherchen’est pas tant la puissance de calcul elle-meme que lefonctionnement en mode serveur (stockage de donnees,serveurs de base de donnees, regulation du trafic internet...)Un data center consomme autant d’electricite qu’une ville deplusieurs milliers d’habitants.En 2015, leur consommation totale representait 4% de laconsommation mondiale, la climatisation et les systemes derefroidissements en utilisant la moitie.

Les data centers americains ont consomme 91 milliards dekWh en 2013 et 56 milliards en Europe (prevision : 104milliards en 2020) (source Conso Globe).







DATAS CENTER

Les data centers des grands groupes de l’internet, sont concusaussi comme des super-ordinateurs sauf que le but recherchen’est pas tant la puissance de calcul elle-meme que lefonctionnement en mode serveur (stockage de donnees,serveurs de base de donnees, regulation du trafic internet...)Un data center consomme autant d’electricite qu’une ville deplusieurs milliers d’habitants.En 2015, leur consommation totale representait 4% de laconsommation mondiale, la climatisation et les systemes derefroidissements en utilisant la moitie.Les data centers americains ont consomme 91 milliards dekWh en 2013 et 56 milliards en Europe (prevision : 104milliards en 2020) (source Conso Globe).



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Architecture des ordinateursA base de roues dent ees. Innovante gr^ace au sautoir, un syst eme m ecanique pour faire des retenues. Figure {Une pascaline 7/68 Ivan Noyer Architecture