Le PC en détail

Bruno Delb http://www.brunodelb.com Date : 04/05/1996

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Sommaire

LES COMPOSANTS DU PC......................................................................................2

INTRODUCTION.................................................................................................................................2L’UNITÉ CENTRALE............................................................................................................................2LE MICROPROCESSEUR.......................................................................................................................2LE BUS DE DONNÉES.........................................................................................................................3LA RAM ("RANDOM ACCESS MEMORY" : ACCÈS MÉMOIRE ALÉATOIRE)......................................................3L'ALIMENTATION...............................................................................................................................4LE HAUT-PARLEUR.............................................................................................................................4LES HUIT SLOTS D'EXTENSION.............................................................................................................4LE (OU LES) LECTEURS DE DISQUETTES.................................................................................................4LE (OU LES) DISQUES DURS................................................................................................................5LE CLAVIER......................................................................................................................................5LE LECTEUR DE DISQUETTE.................................................................................................................6LE PORT PARALLÈLE...........................................................................................................................6LA CARTE VIDÉO COULEUR..................................................................................................................6LA CARTE MÈRE................................................................................................................................7LES CIRCUITS INTÉGRÉS PROGRAMMABLES.............................................................................................7

Le 8237....................................................................................................................................7Le 8284....................................................................................................................................7La RAM......................................................................................................................................8La ROM.....................................................................................................................................8Le 8288....................................................................................................................................8Le 8255....................................................................................................................................8Le 8259....................................................................................................................................8Le 8253....................................................................................................................................9Le 8087....................................................................................................................................9Le 8088/8086...........................................................................................................................9

LES ASPECTS LOGICIELS.....................................................................................10

LES INTERRUPTIONS........................................................................................................................12LE CLAVIER....................................................................................................................................12Le Haut Parleur..........................................................................................................................12

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Les composants du PC

Introduction

Les composants de base de l'ordinateur PC sont :

une unité centrale

un clavier

un système affichage

L’unité centrale

L'unité centrale contient :

Le microprocesseur

Le coeur de l'unité centrale est la carte du processeur, qui est placée horizontalement dans l'unité centrale.

La carte du processeur contient l'électronique essentielle du système, comprenant :

le microprocesseur 8088

de la RAM et de la ROM

des circuits d'E/S pour le clavier

un haut-parleur audio

environ 8 slots d'extension pour l'ajout de nouvelles interfaces

Le processeur contient :

des registres qui stockent les données en cours de traitement,

une unité de calcul logique qui effectue toutes les opérations,

des bus qui servent de liaisons internes (transfert des données entre les registres et l'unité de calcul, ...)

La puissance du bus s'exprime en bits : c'est on fait la taille des données pouvant être traitées en une fois dans le processeur. Un bus 32 bits est ainsi plus puissant qu'un bus 16 bits.

Une horloge délivre des impulsions électroniques à l'ensemble des composants de la carte afin de les synchroniser. Plus la fréquence est élevée, et plus grand est le nombre d'instructions que le micro-processeur peut effectuer.

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Le processeur possède une mémoire cache afin d'accélérer les transferts de données entre le processeur et la mémoire. Cette mémoire extrêmement rapide contient les données et les instructions les plus fréquemment utilisées, afin de ne pas être ralenti par les accès à la mémoire classique.

Le coprocesseur arithmétique (ou mathématique) accélère le traitement des nombres décimaux. Il est inclu dans les nouveaux processeurs.

Le 80286 possédait 130.000 transistors. Le Pentium, 3 millions. La rapidité des calculs dépend bien sûr du niveau d'intégration atteint.

Le bus de données

Le bus de données assure le transfert des données. Ces transferts de données s'expriment en Méga octet par seconde (Mo/s).

Les trois principaux types de bus sont :

le bus ISA

le bus MCA

le bus EISA

La RAM ("Random Access Memory" : accès mémoire aléatoire)

Les circuits de RAM actuels sont regroupés sur des mini-cartes électroniques, appelées les barettes à la norme SIMM, ou tout simplement barette SIMM (Single In-line Memory Module).

On distingue deux grands types de RAM :

celles à 8 bits : les circuits se suivent sans discontinuité.

celles à 32 bits : elles sont divisées en deux parties par une découpe au milieu de la ligne de broche.

Les PC 286 et 386SX n'acceptent que les SIMM à 8 bits. Les autres acceptent les deux types.

Leur capacité peut être de 256 Ko, 512 Ko, 1 Mo, 4 Mo ou 8 Mo. Lesbarettes sont regroupées par banque de 1, 2 ou 4 circuits. Une banque de mémoire ne peut contenir que des barettes identiques.

Les circuits de RAM sont caractérisés par le temps d'accès. Ce temps doit être, bien sûr, le plus court possible. Les valeurs types aujourd'hui vont de 60 à 80 ns (milliardièmes de seconde).

Certains logiciels, surtout ceux tournant sous Windows, sont très gourmand en mémoire vive. Si vous manquez de mémoire, ou bien il refusera purement et simplement de tourner, ou alors son exécution sera très ralentie.

Le passage de 4 à 8 Mo améliore grandement les performances. Par contre, le passage de 8 à 16 Mo n'a que peu d'inscidence.

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Il existe aussi deux types particuliers de mémoire, la mémoire CACHE :

Mémoire cache à écriture immédiate

Mémoire cache à écriture différée

Pour une application mono-utilisateur, 8 Ko de cache interne au processeur suffisent. Pour les applications multi-tâche ou pour un 486DX2 ou plus, il faut 256 Ko de cache secondaire, à cause de la grande différence entre la vitesse interne et la vitesse externe.

L'alimentation

L'alimentation est contenue dans l'unité centrale. Elle se trouve dans le coin supérieur droit.

Cette alimentation fournit une alimentation de courant continu aux éléments de l'unité centrale et parfois du courant alternatif au moniteur.

Le haut-parleur

Logé près du coin gauche avant de l'unité centrale, se trouve un petit haut parleur.

Il est sous contrôle d'un programme et est utilisé, en particulier, pour une alarme, pour les jeux et pour les programmes d'application qui nécessitent une sortie audio.

Les huit slots d'extension

Le PC offre un ensemble de cartes qui s'enfichent dans les slots pour fournir une extension de mémoire, des lecteurs de disquettes, des interfaces standards très diversifiées, ...

Le (ou les) lecteurs de disquettes

L'unité centrale peut loger jusqu'à deux lecteurs de disquettes de :

de 3 pouces 1/2

720 Ko

1,44 Mo

de 5 pouces 1/4

360 Ko

1,2 Mo

Pour installer les lecteurs de disquettes, une carte doit être mise en place dans un des slots du bus du système.

La disquette fut le premier support d’information des ordinateurs de type PC. Son rôle est capital car il permet d’échanger des données d’une machine à une autre (de même type) sans raccordement.

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La disquette repose sur le même principe que le disque dur. Cependant, il est de capacité moindre, mais est amovible et peut donc être insérée dans une autre unité centrale.

Les disquettes ont une surface souple et en général une taille de 3"1/2. Elle ont en général une capacité de 1,44 Mo. Les ordinateurs IBM disposent de lecteurs de disquettes 2,88 Mo.

Le (ou les) disques durs

Plusieurs plateaux d’aluminium recouverts de nickel ou d’un oxyde magnétique tournent sur un palier relié à un moteur qui entraîne l’ensemble. Le nombre de révolution par minute va de 3400 à 5400 (à titre de comparaison, un lecteur de disquette tourne à 360 tours par minute). Sont prévues prochainement des disques de 7200 révolutions par minute. A chaque face de chaque plateau est associé un électro-aimant (ou tête de lecture/écriture) suspendu au bout d’un bras rigide. Tous les bras sont solidaires, regroupés dans une seule unité mobile asservie à un mécanisme de positionnement. La rotation du disque crée une sorte de coussin d’air qui maintient la tête de lecture à environ 10 microns de la surface.

Jusqu'à maintenant, la capacité des disques durs n'a cessé d'augmenter exponentiellement.

Le format du disque étant constant, et la capacité étant de plus en plus grande, les pistes sont de plus en plus rapprochées les unes des autres. Le temps d'accès aux données est donc d'autant réduit.

Le disque dur a besoin d'une carte contrôleur de disque pour pouvoir être connecté à l'unité centrale. Une carte au standard VESA assure une vitesse plus élevée.

La carte contrôleur peut éventuellement être équipée d'un cache contrôleur.

Le clavier

On distingue :

les claviers capacitifs : une couche de matériau isolant découpée selon la disposition des touches s'intercale entre deux films recouverts d'une encre conductrice. Lorsqu'une touche est enfoncée, un piston comprime la membrane, assurant le contact entre les deux couches extérieures à travers la découpe.

les claviers à contact : ils transmettent l'information de manière plus directe, avec un cercle de métal reliant deux contacts électriques lors de l'appui sur une touche.

Le clavier a 102 touches et offre un aspect similaire à celui d'une machine à écrire standard.

La liaison du clavier à l'unité centrale est faite par quatre fils qui transportent les deux signaux : les commandes et l'alimentation.

Le clavier envoie un code de 8 bits lors de la pression d'une touche et de son relachement.

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Si une touche est tenue enfoncée, le clavier envoi un code de vérification lors de la pression, attend, puis envoie le même code de vérification à une vitesse fixée jusqu'à ce que la touche soit relachée.

Lors du relachement de la touche, un code de vérification différent est envoyé.

Cette fonction permet de définir le mode d'utilisation du clavier et, de définir les états des touches shift et la fonction de chaque touches du clavier.

Le lecteur de disquette

Cette carte permet la liaison de deux lecteurs de disquettes à l'unité centrale.

En général, elle permet également la liaison de deux disques durs.

Le port parallèle

Cette carte permet la liaison de la plupart des imprimantes, qui utilisent les interfaces parallèles au standard Centronic. Cette carte est capable de supporter les transferts de données par programme et le transfert des données par interrution.

La carte vidéo couleur

Cette carte permet une liaison à un certain nombre de moniteurs et supporte les modes monochrome et couleur en mode texte et graphique.

En mode texte, elle supporte l'affichage de format 40 x 25 ou de format 80 x 25.

De plus, chaque caractère peut être affiché en monochrome ou en couleurs avec 8 couleurs en arrière plan et 16 en avant plan.

Chacun des caractères en mode texte peut aussi clignoter, de nombreuses pages peuvent également être stockées dans la carte, comme par exemple quatre écrans de 80 x 25 ou huit écrans de 40 x 25.

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La carte mère

La carte mère est placée horizontalement à la base de l'unité du système. La carte est reliée à l'alimentation par deux connecteurs à six broches. Les autres connecteurs sur la carte relient le clavier et le haut parleur. La chaîne d'E/S est installée parmi des huit slots d'E/S.

Un commutateur à deux lignes (DIP c'est-à-dire un ensemble de huit commutateurs) est monté sur la carte et peut être lu à partir d'un programme. Le commutateur DIP fournit au BIOS des informations sur la configuration.

La carte système comprend cinq parties fonctionnelles :

le sous-système du processeur et ses éléments

le sous-système ROM ("Read Only Memory" : lecture de mémoire uniquement)

le sous-système de lecture/écriture de mémoire (RAM)

des adaptateurs intégrés d'E/S

la chaîne d'E/S

Les circuits intégrés programmables

Le 8237

Ce circuit permet un accès direct à la mémoire, ce qui permet de soulager le micro-processeur pour cette tâche. DMA signifie Direct Access Memory.

Trois des quatre chaînes DMA sont disponibles sur le bus d'E/S et supportent les transferts de données à grande vitesse entre les périphériques et la mémoire sans intervention du processeur.

Le 8284

Le 8284 est un générateur d'horloge. Ce circuit se charge de tout ce qui concerne l'organisation dans le temps. Il fournit des impulsions (signaux) réguliers à travers la carte, qui signalent ainsi aux autres circuits qu'ils doivent fonctionner à ce moment précis. C'est ce qu'on appelle la synchronisation. En effet, les circuits intégrés ont des caractéristiques (temps de réponse, ...) différents les uns des autres.

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La RAM

Les circuits RAM (Random Access Memory) sont des circuits de mémoire vive, c'est-à-dire de la mémoire que l'on peut modifier à loisir, bien que chaque fois que l'on éteint l'ordinateur, ces données disparaissent. Ils sont mis en parallèle, mais sont sélectables individuellement par le biais d'une broche, activée ou non selon l'adresse demandée. De plus, un test est effectué lors de la mise sous tension de l'ordinateur par la ROM BIOS. Le calcul de la parité est effectué. Selon le résultat (paire ou impaire), le test est positif ou négatif.

La ROM

Ces circuits de ROM (Read Only Memory) sont des circuits de mémoire morte, en ce sens qu'une fois qu'elles contiennents des données (programmes, ...), on ne peut plus la modifier. L'intérêt réside dans le fait que lorsqu'on allume l'ordinateur, on a besoin de ce programme stocké en ROM, la RAM étant obligatoirement vide. En effet, un ordinateur sans programme est stupide, dit-on ! De plus, ces circuits sont utilisés (en gros) comme les RAM, si ce n'est que cette fois, aucun test de parité n'est effectué !

Le 8288

Le 8288 est un contrôleur de bus. Il interprète ces commandes.

Il peut accéder :

à la ROM ou à la RAM par A0..A19

aux ports d'E/S par A0.A15

C'est lui qui active ou désactive tel ou tel circuit à un moment précis.

Le 8255

Ce circuit permet, entre autres, la lecture des switchs de configuration de la carte mère, ou encore contribue au contrôle du haut parleur, ... Il " ne fait que " de lire l'état d'une broche (entrée - sortie). Un contrôle par logiciel est donc possible.

Le 8259

Le 8259 est le contrôleur d'interruptions. Ses fonctions sont :

la gestion des demandes de service des périphériques

la transmission des demandes d'interruption au micro-processeur dans l'ordre de priorité

Ce circuit reçoit les demandes d'interruption. Chaque type d'interruption se voit affecté d'un niveau de priorité, numéroté de 0 à 7. Ainsi, l'interruption pour les accès au lecteur de disquettes est de niveau 7, le plus faible.

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Le 8253

Le 8253 est une minuterie programmable. Il est utilisé pour : mettre la jour l'horloge, le rafraichissement de la RAM, le Haut Parleur.

Ce circuit est constitué de trois ensemble d'un signal horloge, d'une gâchette, et d'une sortie. Ainsi, nous pouvons activer une sortie par logiciel.

Les trois compteurs/minuteries programmables sont utilisées par le système comme suit :

la chaine 0 est utilisée comme une minuterie fournissant une base de temps constante pour l'une horloge fournissant l'heure et le jour

la chaine 1 est utilisée pour l'heure et la demande des cycles de rafraichissement de la chaine DMA

la chaine 2 est utilisée pour supporter la génération du bip pour le haut-parleur audio

Le 8087

Le 8087 est le co-processeur arithmétique. Il permet d'effectuer les opérations arithmétiques beaucoup plus rapidement que le micro-processeur.

Il fonctionne ne quelque sorte en parallèle avec le micro-processeur : il le soulage des travaux de calcul arithmétique, et beaucoup plus rapidement. Un point à retenir : il est optionnel, et ne figure donc pas de base sur la carte-mère?

Le 8088/8086

C'est ce circuit qui exécute les instructions en langage machine (représentées par des 0 et des 1, en notation binaire). Il a également pour fonction un contrôle sur l'ensemble de la carte : envoi du signal de l'horloge (qui permet d'indiquer quand doivent entrer en jeu les autres circuits), du signal de demande d'interruption, ... L'ensemble de ses broches sont reliées aux autres circuits ou bien directement (co-processeur arithmétique, contrôleur d'interruption), ou bien indirectement (portes logiques, amplificateurs de lignes de bus, ...).

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Les aspects logiciels

Chaque emplacement mémoire, ou octet de mémoire, est capable de prendre 256 valeurs différentes (de 0 à 255), soit encore de stocker un caractère quelconque parmi 256. Nous allons voir plus en détail comment sont réellement stoquées ces informations.

Sachez tout d'abord que la mémoire d'un ordinateur est composée de composants électroniques qui peuvent prendre deux états (on parlera de circuits bistables, ou flips-flops). Ces deux états sont normalement représentés par 0 ou 1, mais peuvent aussi être appelés :

Etat 0 Etat 1

zéro un

désactivé activé

effacé mis en place

Lorsque les chiffres 0 et 1 sont utilisés pour caractériser l'état d'un bistable, ils sont appelés nombres binaires ou bits.

Avec deux bits différents, on peut représenter quatre états différents :

A B

0 0

0 1

1 0

1 1

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De même, avec quatre bits, on peut représenter seize valeurs différentes, car

24 = 16. Donc un nombre en hexadécimal (base 16) peut être représenté par quatre bits. Les chiffres hexadécimaux et leurs équivalent binaires sont indiqués dans le tableau suivant :

Décimal Hexadécimal Binaire

0 0 0 0 0 0

1 1 0 0 0 1

2 2 0 0 1 0

3 3 0 0 1 1

4 4 0 1 0 0

5 5 0 1 0 1

6 6 0 1 1 0

7 7 0 1 1 1

8 8 1 0 0 0

9 9 1 0 0 1

10 A 1 0 1 0

11 B 1 0 1 1

12 C 1 1 0 0

13 D 1 1 0 1

14 E 1 1 1 0

15 F 1 1 1 1

Tout nombre décimal peut être converti en notation binaire en convertissant simplement chaque chiffre hexadécimal en ses quatre bits correspondants. Voyons un exemple :

décimal : 25

hexadécimal : 19

binaire : 0001 et 1001

Dans cet exemple, l'équivalent binaire de $19 ($ signifie qu'il s'agit d'un nombre en hexadécimal) est 00011001, ou si on supprime les zéros non significatifs, 11001.

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Vous pourrez aisément vérifier les propriétés suivantes :

Décaler un nombre binaire d'un rang à gauche et ajouter un zéro à droite, revient à multiplier la valeur par deux : 7 est codé par 11114 est codé par 1110

Décaler un nombre binaire d'un rang à droite et supprimer le dernier chiffre revient à le diviser par deux en ignorant le reste de la division : 14 est codé par 1110, 7 est codé par 111

Etudions maintenant le cas de l'octet : un octet correspond à une information de huit bits. Ces bits sont habituellement numérotées de 0 à 7 :

numéro 7 6 5 4 3 2 1 0

bit 0 0 0 1 1 0 0 1

Le bit d'indice zéro (le plus à droite) est appelé le bit de poids faible, ou encore le bit le moins significatif. Par opposition, le bit numéro 7 (le plus à gauche) est le bit de poids fort, ou encore le bit le plus significatif.

Les interruptions

Des huit niveaux de priorité des interruptions, six sont utilisés par les des slots d'extension.

Deux niveaux sont utilisés sur la carte mère.

Le niveau 0, le plus prioritaire, est relié à la chaine 0 du compteur/minuterie et fournit une interruption périodique pour l'horloge de l'heure et du jour.

Le niveau 1 est relié aux circuits de l'adaptateur du clavier et reçoit une interruption de chaque code de balayage envoyé par le clavier. L'interruption non masquable (NMI) du 8088 est utlisée pour rapporter les erreurs de parité de la mémoire.

Le clavier

La liaison au clavier est une interface série.

Les circuits génèrent une interruption au processeur quand un scan code complet est reçu. L'interface peut demander l'exécution d'un test de diagnostique dans le clavier.

L'interface clavier est un connecteur à cinq broches sur la carte mère qui se fixe sur le panneau arrière de l'unité centrale.

Le Haut Parleur

Le haut parleur mesure 2 pouces 1/4. Les circuits de contrôle du haut parleur et l'amplificateur sont sur la carte mère. Le haut parleur est connecté par deux fils reliés à un connecteur à trois broches sur la carte mère.

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