FONCTIONNEMENT DE

L’ORDINATEUR

L1 – Technologies du numérique

Les inventeurs

Ada Lovelace (1815,1852) et Charles Babbage ( 1792, 1871)

La machine analytique de Babbage 1821

"capable de résoudre n'importe quelle équation et d'exécuter les opérations les plus compliquées de l'analyse mathématique«

George Boole (1815,1864)

Algèbre de Boole « Mathematical Analysis of Logic, » (1847)

Alan.Turing (1912,1954)

“It is possible to invent a single machine which can be used to compute any computable sequence », 1936

Machine de Turing

Tout traitement réalisable mécaniquement peut être accompli par une machine programmable..

Des symboles aux dessins

Projet Design rationale du M.I.T

Machine à différence N°2

Ada Lovelace

Architecture Von Neumann

Von Neumann (1903-1957)

Co-concepteur de l’EDVAC, il conçoit une architecture permettant la réalisation d’un ordinateur.

Mémoire

Unité de

contrôleUnité de calcul

Accumulateur

Dispositif d’entréeDispositif de

sortie

DonnéesProgrammes

Fonctionnement schématique d’un processeur

Exécution schématique d’un programme

Architecture Von Neumann

Mémoire

CPU

DonnéesProgrammes

Un programme est stocké dans une mémoire de stockage ou mémoire de masse.

Mémoire

CPU

DonnéesProgrammes

Pour être exécutées les instructions du programme doivent se trouver en mémoire centrale.

Architecture Von Neumann

Architecture Von Neumann

Mémoire

CPU

DonnéesProgrammes

Les instructions sont exécutées l’une après l’autre.

Architecture Von Neumann

Mémoire

CPU

DonnéesProgrammes

Les données nécessaires à l’exécution sont cherchées en mémoire centrale.Les résultats intermédiaires sont stockées dans la mémoire centrale.

Architecture Von Neumann

Mémoire

CPU

DonnéesProgrammes

le résultat du programme peut par exemple être affiché sur un écran.

Bonjour

Ou être stocké dans la mémoire de masse sous forme de fichier, ou imprimé.

Programme

entier A

écrire "Introduisez l'année:"

lire A

si NOT (A mod 4=0)

alors

écrire "L'année ", A, "n'est pas bissextile."

sinon

si NOT (A mod 100=0)

alors

écrire "L'année ", A, "est bissextile." sinon

si NOT (A mod 400=0)

alors écrire "L'année ", A, "n'est pas bissextile."

sinon écrire "L'année ", A, "est bissextile."

fsi

fsi

fsi

Un programme est composé d’une série d’instructionsLe processeur va dans les cas les plus simples traiter séquentiellement les instructions.

Mais un programme peut aussi comporter des conditions avec des branchements ou des boucles. .

Différents niveaux de langages

LANGAGE MACHINE

C'est une succession de codes binaires directement compréhensibles par le processeur.

C’est le seul langage réellement exécuté par un processeur

Il y autant de langages machine que de famille de processeur et chaque famille de processeurs dispose de ce qu’on appelle un jeu d’instruction (RISC, CISC,..)

Différents niveaux de langages

LANGAGE ASSEMBLEUR

Pour faciliter la programmation en langage machine, ce langage est son équivalent lisible par un opérateur humain.

Il existe donc un langage assembleur particulier pour chaque famille de processeurs.

Différents niveaux de langages

Différents niveaux de langages

LANGAGES ÉVOLUÉS

Ces langages ne sont pas liés à un type de microprocesseur en particulier.

lorsque le programme est écrit en langage évolué, il doit être compilé.

C’est-à-dire traduire le programme en langage machine en fonction du microprocesseur utilisé.

Différents niveaux de langages

Compilé ou interprété?

COMPILÉ

les instructions sont d’abord traduites par un compilateur depuis le code source vers le langage machine, l’exécution se faisant alors directement par le processeur de la machine dans son langage natif.

Avantages:

vitesse d’exécution.

Détection des erreurs avant l’exécution

Inconvénient :

Compilation pour un processeur donné, voire un système d’exploitation donné, de sorte qu’il n’est pas aisé d’exécuter le même programme compilé sur différente architecture.

Exemple : Le langage C, C++ …

INTERPRÉTÉ

Les instructions sont décodées les unes après

les autres et exécutées aussitôt.

il n’y a aucune traduction préalable du

programme depuis le langage informatique

en langage machine. L’interprétation est

réalisée au moment de l’exécution.

Avantages

Exécution immédiate du programme

Le programme peut être exécuté

indifféremment sur plusieurs architectures.

Inconvénients

Plus lent

Les erreurs de syntaxes sont identifiées au

moment de l’exécution.

Pseudo code

Pour faire face aux inconvénients des langages compilés, on a introduit la notion de machine virtuelle. Le compilateur compile un programme vers le pseudo code d’une machine virtuelle.

Ensuite, la machine virtuelle, exécute le programme via un compilateur JIT (Just in Time) spécifique à chaque environnement qui charge, compile et exécute chaque morceau de programme pseudo code en langage machine.

Exemple : JAVA, Framework .Net de Microsoft.

Ca

rtes m

ère

s

Asus P5Q Pro Turbo pour:Processeurs Core™ 2 Extreme/Core™ 2 Quad/Core™ 2 Duo/Pentium® dual-core/Celeron® dual-core/Celeron®

Bus et chipset

le processeur (CPU) n’a aucune idée de ce à quoi il est connecté. Il communique avec l’extérieur à l’aide de ses connecteurs.

Un bus est un chemin électrique reliant entre eux des composants électroniques.

Fréquence

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Un processeur cadencé à 800 MHz effectuera 800 millions d'opérations par seconde. (jusqu’à 4 GHz ).

« la quasi totalité des composants de l'ordinateur se basent sur la fréquence d'horloge afin de fixer leur propre cadence de travail, soit qu'ils la multiplient (comme le processeur), soit qu'ils la fractionnent (tels les bus d'entrées/sorties) tandis que le bus système et la mémoire, si elle fonctionne en mode synchrone, se calquent eux très précisément sur cette dernière. »

coef multiplicateur

La fréquence, qui s'exprime en hertz, mesure tout simplement le nombre d’impulsions de l’horloge interne par seconde.

Débit Binaire

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Le débit binaire est la quantité d’informations en octets transportée à travers les bus de l’ordinateur en une seconde.

Il est possible de connaître le débit maximal du bus en multipliant sa largeur par sa fréquence.

Exemple Un bus d’une largeur de 16 bits, cadencé à une fréquence de 133 MHz possède donc un débit théorique égal à :

16 × 133×106 bit/s = 2 128×106 bit/s = 266×106 octets/s = 266 Mo/s

Temps d’accès

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Le temps d’accès est le temps qui sépare une demande de lecture de l'obtention de l'information. Ce temps d’accès concerne les mémoires.

La mémoire

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La mémoire est constituées de cellules où peuvent être stockées les données.Chaque cellule mémoire dispose d’une adresse mémoire. Ainsi pour lire ou écrire une donnée en mémoire, il est nécessaire de disposer d’une adresse.

Adressage

Le bus d'adresse ne sert pas uniquement à identifier une adresse en mémoire; il permet également de s’adresser aux périphériques.

Les catégories de mémoires

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Le temps d’accès est le temps nécessaire pour accéder à une information dans la mémoire.

ms : milliseconde , 10 -3 secondes ou Millième de seconde

ns : nanoseconde, 10 -9 secondes soit 1 Milliardième de seconde.

Les types mémoires

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MRAM

Les mémoires vives

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SDRAM -168 broches

DDR-SDRAM -184 broches

RAMBUS -184 broches

DDR2-SDRAM -240 broches

DDR3-SDRAM -240 broches

Les mémoires vives

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Type :

SDR-SDRAM, DDR-SDRAM,DDR2-SDRAM,DDR3-SDRAM,..

Capacité :

512Mo, 1 Go, 2Go,..

Norme :

PC66, PC100, PC133 (SDR), PC2100, PC2700, PC3200, PC3500, PC3700, PC4000 (DDR) PC4200, PC4300, PC5400, PC6400, PC8000 (DDR2), PC3-10666 (DDR3)

Débit :

Nombre d’octets ou bits pouvant être lus ou écrits par seconde. (exprimé en Go/s)

Temps d’accès : Temps qui s’écoule entre une demande de lecture ou d’écriture et la

réalisation de cette opération. (en nanoseconde).

Format :

SIMM, RIMM, SO-DIMM, DIMM (Dual Inline Memory Module), nombre de broches 30, 172, 168, 184 (DDR), 240 (DDR2),

Tension : 1,5v (DDR3); 1,8 v (DDR2) ; 2,5 v ;….

Détection d’erreurs : ECC ou non ECC

Freeware: Everest HOME EDITION

Chipsets

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Le chipset est un circuit électronique qui gère les échanges de données entre les divers composants de la carte mère.

La carte mère et le chipset déterminent :

•La vitesse des différents bus ,•Le type de processeur utilisable, •Le type de mémoire utilisable,•Les gammes de fréquences autorisées, •La taille maximale de la mémoire que l’on peut atteindre.•Les types de périphériques qui sont susceptibles d'être connectés. .

La mémoire cache

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Consiste à stocker dans une mémoire très rapide, mais de faible capacité, les données les plus souvent utilisées ou celles susceptibles d’être utilisées prochainement. Toute donnée est d’abord cherchée dans les caches.

Microprocesseur

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Un processeur est défini par :•La largeur de ses registres internes de manipulation de données et instructions (8, 16, 32, 64, 128) bits ; •La cadence de son horloge exprimée en MHz ou GHz ; •Le nombre de cœurs (core) exemple : dual core ou quad.•Son jeu d'instructions dépendant de la famille (CISC, RISC, EPIC,VLIW) ; • son architecture (pipeline, super-scalaire, vectorielle,..)•Sa finesse de gravure exprimée en nm (nanomètres) et sa microarchitecture.

Intel Amd offre actuelle

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Les ports et connecteurs externes

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USB 1.0 : 12 Mbit/s

USB 2.0 (Hi-speed) : 480 Mbit/s

USB 3.0 (SuperSpeed) : 5 Gbit/s

FIREWIRE

Connecteurs internes

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PATA(parallèle)

PCI

ATA (Advanced Technology Attachment )

SATA (serial)

Comprendre une configuration

Modèle de processeur Intel

Pentium

Fréquence du processeur 2,7

GHz

Fréquence du bus FSB 800

Nombre de core 2

Architecture Intel Penryn

Finesse de gravure 0,045

Cache L2 2 Mo

Comprendre une configuration

Démarrage de l’ordinateur

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BIOS (Basic Input Output System)

RAM

Le BIOS assure plusieurs fonctions:- Le POST (Power-On Self-Tests) - Lancement du programme contenu

dans le MBR.

Ce programme recherche la partition active

et charge en mémoire le programme qui se

trouve sur la partition active, le PL (Partition

Loarder)

Le PL charge à son tour en mémoire les

composants centraux (Kernel) du système

d’exploitation.

Le noyau du Système d’exploitation assurera

ensuite le reste du chargement nécessaire

pour la construction de l'environnement de

travail final.

Le MBR (Master Boot Record) est le premier secteur du disque dur (512 octets). Il contient la table des partitions et un programme.

Le BIOS lance l’exécution de ce programme.