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La CARTE MERE

Introduction

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2

MATERIEL

ORDINATEUR PERIPHERIQUES

Microprocesseur SORTIESENTREESMémoire C.

ROM RAM

Présentation fonctionnelle (Rappel)

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Unité de Commande

Unité decalcul (UAL)

Mémoire auxiliaire

Entrées Sorties

Unité Centrale

ROM

RAM

Mémoire Centrale

Présentation fonctionnelle (Rappel)Présentation fonctionnelle (Rappel)

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La Carte Mère• La carte mère est une des réalisations

techniques de certains éléments fonctionnels cités.

• Sur la carte mère on trouvera :• Le processeur• La mémoire (ROM et RAM)• Des connecteurs pour recevoir les

périphériques.• Le Chipset• Le BIOS en ROM

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La Carte MèreIl existe plusieurs FORMATS :• Format AT en voie de disparition. Dépourvue de

port USB, les divers périphériques de base (clavier, série, parallèle, sourie) sont reliés à la carte par des nappes.

• Format ATX actuellement utilisé dans la plupart des PC. Elle est muni de ports USB et les divers périphériques de base sont intégrés à la carte.

• Format NLX se caractérise par une absence de connecteur. La carte s'enfiche en fond de panier.

Le boîtier est adapté au format de la carte.

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La Carte Mère

Le format AT

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Le PROCESSEURLe MARCHE

Il est dominé par la société INTEL avec ses :

Processeurs :

PENTIUM I, II, III et IV(de 60 Mhz jusqu'à 4 Ghz )

CELERON (version bridée -et meilleur marché- du Pentium. Jusqu'à 2.6 Ghz )

ITANIUM (processeur 64 bits)

Composants divers (Contrôleur de Bus, Contrôleur de transmission série, etc…).

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Il existe d'autres constructeurs de processeurs :

AMD avec ses processeurs DURON - Sempron (1.6 -1.8 Mhz annoncé 2 Ghz)

ATHLON XP puis 64 (jusqu'à 2.4 Ghz)

Opteron processeur 64 bits (jusqu'à 2.6 Ghz)

CYRIX (racheté par VIA Technologies Inc.) avec le processeurs M II et le Cyrix

VIA avec le C3 et Transmeta avec Crusoé

Ces processeurs sont des clones du PENTIUM.

Le PROCESSEUR

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INTEL et AMD sont les principaux fournisseurs de composants pour les PC.

Il existe également les sociétés :

IBM/MOTOROLA avec sa gamme POWERPC qui équipe en particulier les MACs

Compaq/DEC avec sa gamme ALPHA

etc.

Un système d'exploitation est écrit (ou compilé) pour un processeur déterminé.

Le PROCESSEUR

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Les connecteurs du processeur

Jusqu’au x386 le processeur était soudé sur la carte mère.

Depuis le x486 le processeur est amovible et implanté sur un CONNECTEUR. Selon la nature de ce connecteur la carte mère est construite pour recevoir une catégorie de processeur.

Le PROCESSEUR

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Les différents connecteurs sont :• SOCKET 7 Pentium I et I MMX, M II de Cyrix et le K6

d'AMD• SLOT 1 Pentium II, III et Céléron• SLOT 2 Xéon d'Intel• SLOT A ATHLON (ou K7) d'AMD• SOCKET 370 Céléron deuxième génération• SOCKET A ATHLON à plus de 2 Ghz• SOCKET 478 PIV, Céléron dernière génération• SOCKET 775 PIV dernière génération• Une carte peut être MULTIPROCESSEUR

Le PROCESSEUR

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• Le CHIPSET est l'ensemble de composants qui assure la compatibilité dans la machine entre :

• Le processeur

• L'accès à la mémoire

• Au disque IDE

• Aux bus externes PCI, ISA et AGP

Le CHIPSET

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• Le rôle de ce composant est important. C'est lui en particulier qui assure la fréquence de la carte (ou bus interne ou FSB).

Les fréquences sont : 66, 100, 133, 400, 533...

• Important : La fréquence du processeur est en fait un multiple de la fréquence du bus interne.Par exemple avec un bus à 400 Mhz et un coefficient

de 5, le processeur tournera à 2 Ghz.

Cette particularité est à la base de l'overclocking

Le CHIPSET

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Le CHIPSET

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La CARTE MERE

Les BUS

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Les BUS

• Un bus est un ensemble de "fils" ou de lignes permettant l'échange d'informations d'un circuit électronique vers un autre.

• Connaître un bus, c'est définir : sa largeur : 8, 16, 32, 64 bits, sa description c'est à dire connaître

la nature des informations qu’il transporte

la nature électrique des signaux

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Les BUS

Classement fonctionnel des bus

Il y a trois types fondamentaux de bus selon la nature des informations transmises :

• Le BUS DE DONNEES. Il sert au transport de l'information proprement dite. Il est composé de p fils notés généralement D0 - Dp-1

"p" est actuellement fixé à 32.CPU écriture Mémoire ou périphériqueCPU lecture Mémoire ou périphérique

Ce bus est bidirectionnel.

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• Le BUS D'ADRESSE

Il sert au transport des adresses des mots mémoire à lire ou à écrire.

CPU Mémoire

Ce bus est donc Unidirectionnel.

Il est composé de "n fils" (32 actuellement) notés généralement A0 - An-1.

La puissance d'adressage de ce bus sera :

2 (largeur_du_bus)

Les BUS

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• Le BUS DE COMMANDES

Les lignes qui forment ce bus sont indépendantes. Chacune assure une seule fonction de commande (R/W, C/S, etc.)

Il est bidirectionnel

Sur une carte mère les bus forment un goulot d'étranglement. La circulation des informations sur les bus est très rarement synchronisée avec la vitesse du processeur.

Les BUS

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ME

MO

IRE

INT

ER

FA

CE

Bu

s d’ad

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Bu

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Com

man

des

MICROPROCESSEUR

Bu

s de

Don

nées

Les BUS

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Un périphérique est connecté au processeur par l'intermédiaire d'un connecteur (SLOT) qui présente un bus normalisé. On distingue ainsi :

Le Bus ISA (ou PC-AT)Le Bus MCALe Bus EISALe Bus PCILe Bus USBLe Bus AGP Le Bus SCSI

Les BUS

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Les BUS - Les SLOTS

Le Bus PCI

Le Bus AGP

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Le Bus ISA (ou PC-AT)• Industry Standard Architecture• Apparu en 1984 avec le processeur AT Intel 80286 à 8

Mhz• Il est synchrone avec le processeur (8 Mhz)• Largeur du bus 16 bits (8 bits en version XT)• Taux de transfert théorique 8 Mo/sec• Configuration matérielle des cartes d'extension

Avec les successeurs du 80286 qui ont 32 bits et sont plus rapides, de nouveaux bus apparaissent et le remplacent.

Les BUS

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Le Bus ISA (ou PC-AT)

Les BUS

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Le Bus MCA• Micro Channel Architecture• Développé par IBM pour le PS/2 en 1987• Bus à 32 bits asynchrone à 8.33 Mhz (64 bits en 1992 à

10 Mhz puis à 20 Mhz en 1994)• Les cartes sont configurables par logiciel (on parlera

de bus intelligent)• Taux de transfert 40 Mo/s en 87, 80 Mo/s en 92 et 160

Mo/s en 94

Mais le bus MCA ne pouvait coexister avec ISA

Les BUS

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Le Bus EISA

• Extended ISA

• Apparu en 1988 pour concurrencer MCA

• Bus 32 bits à 8 Mhz (pour sa compatibilité avec ISA) à 33 Mhz en autonome

• Taux de transfert 33 Mo/s

• Bus intelligent

Bus en cours de disparition sur les cartes mère actuelle au profit du ….

Les BUS

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Le Bus PCI• Périphéral Component Interconnect• Bus développé par Intel en 1993• Bus 32 bits à 33 Mhz puis à 66 Mhz (étendu à

64 bits depuis 94 : norme PCI 2.1 )• Taux de transfert 132 Mo/s (264 Mo/s)• Bus totalement indépendant du processeur et

intelligent (Plug and Play).• Son contrôleur intègre un buffer pour faire le

lien avec les autres bus plus lents.

Les BUS

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Les BUSLe Bus PCI

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Le Bus PCI Express• Ce nouveau format de bus est destiné à

remplacer le PCI et l'AGP. • Bus développé en 2002, sortie en 2004• Bus série utilisant de 1 à 32 voies• Taux de transfert 250 Mo/s à 8 Go/s • Raccordé directement sur le pont Nord.• Communication 'Peer to peer' (point à point) : il

est possible aux périphériques PCI-Express de communiquer entre eux en passant directement par le switch responsable de l'interface.

Les BUS

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Le Bus AGP• Accélerator Graphic Port

• Bus créé en 1996 par Intel, Microsoft et les fabricants de cartes vidéo pour gérer les cartes graphiques.

• Son objectif améliorer les performances du 3D

• Il a remplacé dans le domaine vidéo, le bus PCI• Il permet de relier directement la carte graphique, le processeur

et la mémoire vive. Une des caractéristiques du bus AGP est de permettre l'utilisation de la mémoire vive du PC pour le stockage des éléments graphiques volumineux. Cette allocation dynamique de la mémoire centrale au fur et à mesure des besoins permet en partie de se passer de la coûteuse mémoire vidéo de la carte graphique.

Les BUS

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Le Bus AGP• Cadencé à 66 MHz, le bus AGP autorise un transfert

théorique :– pour l'AGP 1X de 66,66 MHz x 32 bits /8 = 266.67 Mo/s – La norme AGP 2X atteint les 533 Mo/s (contre 132

Mo/s pour le PCI). La norme AGP 2X Pipe envoie les données et les commandes de façon multiplexée

– On atteint 1Go/s pour l’AGP 4X et 2Go/s pour l’AGP 8X

• Les cartes mères possèdent un slot AGP pour recevoir les cartes graphiques utilisant ce bus.

Les BUS

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Le Bus USB• Apparu en 1995 à la suite d'une collaboration entre

Intel, Microsoft, Compaq, IBM, DEC, NEC et Northern Télécom

• Destiné à connecter, à reconnaître automatiquement et à gérer des périphériques externes : clavier, souris, joystick, imprimante, scanners, appareil photo numérique, camescope, etc.)

• Taux de transfert : USB 1: 12 Mb/s; USB2 : 480 Mb/s • Permet de connecter à chaud et en série jusqu'à 127

périphériques

Les BUS

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Les BUS

Le Bus USB

Boîtier USB

Scanner

Lecteur

ZIP Imprimante

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Le Bus SCSI • Small Computer System Interface• L'idée de base du bus SCSI (fabriquant de disque dur

Shugart) est de rendre la gestion des périphériques indépendante de l'ordinateur (nouveau périphérique, nouvelle interface, nouveau gestionnaire).

• Le bus SCSI est dit :• Intelligent car il dispose de son processeur (sur une

carte ou sur la carte mère).• Multimaître car il peut relier 8 (ou 16)

périphériques dont chacun peut initialiser et diriger les échanges entre ces périphériques.

Les BUS

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Le Bus SCSI

Les BUS

Connecteur externe

Connecteur interne

Bus PCI3 Connecteurs sur certaines cartes

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Le Bus SCSI : Exemples de Systèmes SCSI

Les BUS

Périphérique 1 Périphérique nPériphérique 2 ….

Terminateur(bouchon)

Carte SCSI

Périphérique 1 Périphérique nPériphérique 2 ….

Terminateur(bouchon)

Carte SCSI

Périphérique 1 Périphérique nPériphérique 2 ….

Terminateur(bouchon)

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Le Bus SCSI• Le contrôleur SCSI peut être intégré à la carte mère

(configuration serveur) ; Ceci limite l'évolution, la carte

ne peut-être changée.

• Chaque périphérique a son propre numéro d'identification : LUN (Logical Unit Number). Le contrôleur possède lui aussi un LUN, en général le n°7. Il reste donc 6 ou (15) numéros pour les périphériques.

• Le terminateur peut être logiciel.

Les BUS

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Le Bus SCSI Évolution des bus SCSI• SCSI - 1 apparaît en 1986. C'est un bus à 5Mhz

sur 8 bits avec 5 Mo/s de transfert. Longueur maximum du câble : 6 mètres.Cette norme donnait aux fabricants une trop grande marge d'interprétation.

• SCSI - 2 apparaît avec un jeu de commandes commun à tous les périphériques. La fréquence du bus est de 10 Mhz. Longueur maximum du câble : 3 mètres.

Les BUS

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Le Bus SCSI• Le SCSI-2 se décompose en :

• SCSI Fast - Bus sur 8 bits à 10 Mo/s• SCSI Wide bus sur 16 bits à 20 Mo/s puis sur 32 bits à 40 Mo/s

• Le SCSI Ultra (ou Fast-20)• Fréquence du bus 20 Mhz• Longueur maximum du câble : 1,5 mètres.• Sur 8 bits à 20 Mo/s• Sur 16 bits à 40 Mo/s

Les BUS

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Le Bus SCSI• SCSI Ultra 2 (ou Fast 40)

• Permet la connexion de 15 périphériques• Longueur maximum du câble : 12 mètres

(utilisation de la technologie Low Voltage Differential - LVD).

• Fréquence du bus 40 Mhz• Sur 8 bits à 40 Mo/s• Sur 16 bits à 80 Mo/s

Les BUS

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Le Bus SCSI

• SCSI Ultra 3 (ou Fast 80)

• Permet la connexion de 31 périphériques

• Fréquence du bus 80 Mhz

• Sur 8 bits à 80 Mo/s

• Sur 16 bits à 160 Mo/s en Wide

• Ultra 640 SCSI 3 :16 bits à 640 Mo/s

Les BUS

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Le Bus IDE et EIDE• Le standard ATA (Advanced Technology Attachment)

est commercialisé sous le nom : IDE : Integrated Drive Electronic puis EIDE : Enhanced IDE. L'EIDE est la norme actuelle

• Les cartes mères possèdent généralement 2 contrôleurs et donc 2connecteurs IDE.

• La norme ATAPI (PI pour Packed Interface) ajoute la possibilité de faire fonctionner sur des ports IDE des périphériques autres que des disques durs : CD-ROM, Streamer, Lecteur ZIP, etc.

Les BUS

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Le Bus IDE et EIDE

Les BUS

Les deuxconnecteurs

IDE

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Le Bus IDE et EIDE• La vitesse de transfert des données dépend du

protocole de transmission :• PIO (Programming Input/Output)

• En mode 3 - 11 Mo/s• En mode 4 - 16 Mo/s

• MULTIWORD DMA (Direct Memory Access) permet des transferts entre 11 et 16 Mo/s

• L'Ultra DMA permet d'atteindre des transferts de 33, 66, 100, 133 Mo/s

Les BUS

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Le Bus IDE et EIDE• Connexion des périphériques

Les BUS

Périphérique 0 Maître

Périphérique 1 Esclave

Connecteur 1

Périphérique 0 Maître

Périphérique 1 Esclave

Connecteur 2

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La CARTE MERE

La MEMOIRE

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Les Mémoires

Dispositifs électroniques capables d'enregistrer de l'information puis de la restituer.

Deux grandes classes de mémoires :• La mémoire centrale (et assimilée)• La mémoire de masse

– Le Disque Dur (et assimilé)– Le Disque optique– La bande magnétique

(mémoire électronique \\ mémoire magnétique et optique)

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Les Mémoires

Classification des mémoires (cf. tableau)Caractéristiques des mémoires (cf. tableau)

Petite synthèse :

Avantages Inconvénients

MémoireCentrale

Très rapidePeu volumineuseAccès direct

OnéreuseVolatileFaible capacité

Mémoire demasse

Peu onéreuseNon volatileGrande capacité

VolumineuseLente

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Les Mémoires électroniques

• On distingue traditionnellement :

– La mémoire vive

RAM : Random Acces Memory

– La mémoire morte

ROM : Read Only memory

(Il s'agit d'appellations génériques qui regroupent chacune différentes technologies)

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Les connecteurs

mémoire Vive(RAM)

Les Mémoires électroniques

Le BIOS enmémoire morte

(ROM)

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On distingue traditionnellement :

• La ROM

• La PROM

• L'EPROM

• L'EEPROM

• La FLASHROM

Les Mémoires mortes (les ROMs)

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Les Mémoires mortes (les ROMs)• La ROM (Read Only Memory)C'est un circuit dont le contenu à été programmé

à sa fabrication et qui ne peut plus être effacé ni modifié. Une mise à jour de son contenu implique donc un remplacement du circuit. Le coût relativement élevé de leur fabrication impose une fabrication en grande série. Au départ, ces mémoires étaient utilisées pour stocker les parties bas-niveau du système d'exploitation de l'ordinateur (BIOS du PC par exemple).

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Les Mémoires mortes (les ROMs) Une ROM est composée d'une grille dont les

lignes sont reliées aux colonnes par des diodes (ou des transistors).L'adresse sélectionne une ligne. Le nombre de lignes donne la capacité en mots de la ROM. La donnée est reçue sur les colonnes. Le nombre de colonnes fixe la taille du mot mémoire. Ainsi une mémoire de 1024 octets aura donc 1024 lignes et 8 colonnes.

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Les Mémoires mortes (les ROMs)

1

0 1000 111

+ V1

2

3

Choix d'une ligne ("fermeture de l'interrupteur")

2 Le courant "s'écoule" vers la masse

3 Récupération du mot mémoire sur les colonnes

• Fonctionnement

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Les Mémoires mortes (les ROMs)• Fonctionnement

Exemple d'une ROM à diode avec 64 bits

DE

CO

DE

UR

A5

A4

A3

DECODEUR

A2

A1

A0

Valeur

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Les Mémoires mortes (les ROMs)• La PROM (Programmable ROM)

Il s'agit d'une ROM dont le contenu est crée par un utilisateur à l'aide d'un programmateur de PROM (ou brûleur).Au départ la puce ne renferme que des «1» et le brûleur transforme les «1» en «0»

• Ces composants, identiques à l'usage à la ROM, concernent des petites séries ou des essais.

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• L'EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)

Mémoire morte programmable et effaçable.

L' EPROM est une PROM dans laquelle il est possible d'écrire, mais également d'effacer le contenu.

Les Mémoires mortes (les ROMs)

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L'effacement est effectué par une petite fenêtre sur la puce, qui placée sous une intense lumière UV (ultraviolet), remet toutes les valeurs brûlées à leur état initial.

Les EPROM coûtent plus chères que les PROM, cependant elles peuvent être réutilisées plusieurs fois.

Elles sont utilisées lors des tests ou dans des situations (laboratoires…) où les données sont appelées à être modifiées souvent (chaque jour ou semaine...).

Les Mémoires mortes (les ROMs)

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• L'EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)

Les Mémoires mortes (les ROMs)

Lucarne d'effacement

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• L'EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)

Mémoire morte programmable et effaçable électriquement.

Une EEPROM est une sorte de EPROM qui peut être effacée électriquement sans utilisation de lampes UV.

Les Mémoires mortes (les ROMs)

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• La FLASHROM (Mémoire flash).EPROM effaçable et programmable électriquement très rapidement par blocs de 64 Ko.Cette catégorie de ROM est conçue avec une intégration très importante :

• 1 transistor par point mémoire -bit- au lieu de 2 dans une EEPROM.

• Capacité importante pour un faible encombrement.

Les Mémoires mortes (les ROMs)

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• La FLASHROM (Mémoire flash). Utilisation :

• Pour les cartes mémoire PCMCIA des ordinateurs portatifs (Personnal Computer

Memory Card International Association).

• Pour installer le BIOS sur la carte mère. L'utilisateur peut ainsi effectuer lui-même les mises à jour.

Les Mémoires mortes (les ROMs)

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63

On distingue traditionnellement :

• La mémoire statique (SRAM)

• La mémoire dynamique (DRAM)

Les Mémoires vives (les RAMs)

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64

• RAM Statique– Elle est constituée de bascules composée de 6

transistors et peut conserver l'information jusqu'à une centaine d'heures selon le type de transistor utilisé.

– Elle est très rapide entre 15 et 30 ns.– Elle est onéreuse du fait de la difficulté de

l'intégration.– Elle est surtout utilisée pour la mémoire

cache.

Les Mémoires vives (les RAMs)

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• RAM Dynamique– Elle est constituée de cellules composées d'1

condensateur et d'1 transistor. Mais le condensateur est un composant qui perd naturellement sa charge. Il faut donc procéder régulièrement à une relecture et une réécriture des données pour recharger le condensateur : c'est le rafraîchissement.

– Le temps d'accès à la DRAM est d'environ 60 ns - 70 ns

Les Mémoires vives (les RAMs)

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• Les différentes RAM dynamiquesLes SIMM (Single InLine Memory Module)

DRAM à 8, 16 et 32 bits (avec ou sans parité). Elles doivent êtres montées par paires sur des connecteurs 72 broches. Elles se déclines en deux technologies :

• La SIMM FPM (Fast Page Mode)

• La SIMM EDO (Extended Data Out)

Les Mémoires vives (les RAMs)

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–La SIMM FPM (Fast Page Mode)

La lecture (ou l'écriture) d'un mot mémoire est suivi par la lecture (ou l'écriture) du mot suivant. Il y a anticipation de l'opération par le contrôleur de la mémoire.

–La SIMM EDO (Extended Data Out)

Variante technologique de la précédente afin de la rendre plus rapide.

Les Mémoires vives (les RAMs)

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Les DIMM (Dual Inline Memory Module)

Barrettes mémoires avec des mots de 64 bits. Elles peuvent se monter seules sur des connecteurs à 128 broches.Elles se déclinent en deux technologies :

• SDRAM (Synchronous Dynamic RAM)

• DDR SDRAM (DoubleData Rate)

Les Mémoires vives (les RAMs)

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–SDRAM (Synchronous Dynamic RAM)Type de RAM apparu en 1997 permettant

une lecture des données synchronisée avec le processeur. Ainsi la SDRAM est capable de fonctionner avec une cadence de 100Mhz et 133Mhz, lui permettant d'obtenir des temps d'accès d'environ 10 ns.

Les Mémoires vives (les RAMs)

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–DDR SDRAM (DoubleData Rate)

Il s'agit d'une évolution de la SDRAM qui

utilise un connecteur à 184 broches. D'une

technologie identique à la SDRAM elle

double son débit en envoyant deux mots de

64 bits

Les Mémoires vives (les RAMs)

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Les RDRAM (Rambus DRAM)

Type de mémoire permettant de transférer les

données sur un bus d'une largeur de 16 bits

à une cadence de 800Mhz (augmentation de

la fréquence au lieu de la largeur). Comme

la SDRAM, ce type de mémoire est

synchronisé avec l'horloge du processeur

pour améliorer les échanges de données,

temps d’accès inférieur à 5 ns.

Les Mémoires vives (les RAMs)

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La RDRAM est aujourd'hui en perte de vitesse

au profit de la SDRAM DDR qui présente des

performances très proches et qui est meilleur

marché.

Les Mémoires vives (les RAMs)

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Petit tableau de comparaison

Les Mémoires vives (les RAMs)

Rambus SDRAM DDRBus transfert mémoireLargeur de busNombre de slotsSlots vides tolérésSignaux de contrôleTaux de transfert MoyenTaux de transfert théoriqueConsommation en énergie

600 - 800 MHz16 bits (2 canaux)

2 slotsNon33

1200 – 1600 MB/sjusqu’à 1600 MB/s

environ 50%

100/133 MHz64 bits

2 à 4 slotsOui

plus de 130environ 520 MB/s

800 MB/s100%

200/266 MHz64 bits

2 à 4 slotsOui

plus de 130environ 1400 MB/sjusqu’à 2100 MB/s

environ 80%

Source société Rambus - Site Web

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A côté de ces mémoires on trouve des mémoires spécialisées construites avec des technologies plus performantes mais souvent plus onéreuses. On peut citer :

• La VRAM (Video RAM) qui possède deux ports de communication.

• La WRAM (Windows RAM) Identique à la VRAM, elle possède et exécute ses propres traitements.

Les Mémoires vives (les RAMs)

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La CARTE MEREL'unité de commande

Le processeur et son fonctionnement

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Plan• Le processeur

• Unité Centrale / Unité de commande(Approche technologique)

• Les registres du processeur(Approche fonctionnelle - programmatique)

• Les Modes d'adressage du processeur• Adressage Immédiat• Adressage Implicite• Adressage Absolu• Adressage Indirect• Adressage Relatif

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Associée à l'UAL et à la mémoire centrale l'unité de commande forme l'unité centrale

Unité Centrale / Unité de commande

Unité deCommande

Unité decalcul (UAL)

Mémoire auxiliaire

Entrées Sorties

Unité Centrale

RAM

ROM

Mémoire Centrale

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• L'unité de commande garantit la bonne exécution d'un programme :– Prendre en mémoire les instructions les

unes derrière les autres.– Décoder chaque instruction– Assurer l'exécution de chaque instruction

en émettant des microcommandes vers les différents organes.

Schéma simplifié de l'unité de commande

Unité Centrale / Unité de commande

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• Les composants de l'unité de commande

– Le registre instruction

Il contient l'instruction qui sera exécutée.

– Le décodeur

Il "décode", transforme l'instruction en plusieurs "sous-instructions". En effet un instruction (ADD, MOV, etc.) est en fait composée de plusieurs opérations élémentaires (microcommandes).

Unité Centrale / Unité de commande

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• Les composants de l'unité de commande

– Le séquenceur

Son rôle est de synchroniser, d'enchaîner les différentes microcommandes. Ce séquencemment se fait au rythme d'une horloge

– Le compteur ordinal

Il contient l'adresse de la prochaine instruction à exécuter.

Unité Centrale / Unité de commande

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81

• Exécution d'un programme– Un programme qui doit être exécuté est chargé en

mémoire (par un autre programme, qui lui-même etc. - Quid du premier programme ?).

– Le programme "chargeur" initialise le compteur ordinal du processeur avec l'adresse de la première instruction du programme chargé.

– Le processeur charge le registre instruction avec le contenu de cette adresse, incrémente le compteur ordinal et exécute l'instruction...

Unité Centrale / Unité de commande

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82

• Exécution d'un programme

Unité Centrale / Unité de commande

Add-iCO

Add-i+1CO= CO + 1

RI Inst-i

Chargement du registreinstruction avec le contenude l'adresse figurant dans le CO

Décodage de Inst-ipar l'unité de commande

Mémoirecentrale

Add-0 Instruction 1

Add-1

::

Add-i

:

Instruction 2

Instruction i

Instruction nAdd-n

:::

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Unité Centrale / Unité de commande

• L'unité de commande fait partie de l'unité de centrale.

Schéma simplifié de l'unité centrale

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84

Les registres du processeur

• Quelques exemples

– Les registres généraux.

– Les registres spécialisés.

– Le registre d'état.

• Le langage assembleur

Étude de quelques instructions.

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Modes d'adressage du processeur

• Un grand nombre d'instructions du processeur utilisent des données qu'elles lisent ou écrivent :

– Dans la Mémoire Centrale

– Dans les Registres

• du processeur

• des circuits spécialisés (composants E/S série, vidéo, etc.).

Ces accès peuvent utiliser différents modes d'adressage.

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• Généralités sur les instructions du processeur

D'une façon générale l'instruction est structurée ainsi :

Modes d'adressage du processeur

Ce qu'il faut faire Avec quoi faut-il le faire ?

Opération, l'instruction proprement dite

La données et/ou l'adresse

Exemple : (voir syntaxe)

MOV AH, 02

Déplacer (Mov) La données 02 vers le registre AH

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• L'ADRESSAGE IMMEDIAT

L'instruction contient une donnée et non une adresse (la destination est toujours une adresse).

Exemples :

MOV C001, 02Mettre la valeur 02 à l'adresse C001

ADD CX, 04Additionner 04 avec le contenu du registre CX

Modes d'adressage du processeur

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• L'ADRESSAGE IMPLICITE

Le code binaire de l'instruction contient l'adresse d'un ou deux registres internes.

Exemples :

INC reg

01000xxx - Avec xxx l'un des 8 registres (23).

MOV AH, 02L'ensemble Mov AH = B4hsoit 2 octets au lieu de 3

Modes d'adressage du processeur

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• L'ADRESSAGE ABSOLU (ou direct)L'instruction contient l'adresse réelle

physique.Exemples :MOV C001, AL

Déplacer le contenu de AL à l'adresse C001.

ADD 1B3F, 04Additionner 4 avec le contenu de l'adresse 1B3F et

mettre le résultat dans 1B3F.

Modes d'adressage du processeur

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• L'ADRESSAGE INDIRECT

L'instruction contient une adresse qui contient l'adresse effective.

Principe :

Instruction , xxxxx

Modes d'adressage du processeur

Mémoire

Add1

Add2

Add2 Valeur

Add1

Add1 peut-être un registre ou une adresse mémoireAdd1 peut-être un registre ou une adresse mémoire

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• L'ADRESSAGE INDIRECT

On distingue :

• L'adressage indirect par registre ou Add1 pointe sur un registre du processeur.

– Exemple : MOV AX, [BP]– Exemple d'adressage indirect par

registre avec incrémentation(cf. instruction MOVS).

Modes d'adressage du processeur

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Adressage indirect par registre avec incrémentation (ou ADRESSAGE INDEXE)

Modes d'adressage du processeur

Mémoire

Add1 Valeur 1

Add2 Valeur 2

Registre

Automatiquement(Registre) = (registre) + 1

Instruction Registre

Add1

Instruction Registre

Registre Add2 Note : Add2 = Add1 + 1

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• L'ADRESSAGE INDIRECTOn distingue :

• L'adressage indirect par mémoire ou Add1 pointe sur un mot mémoire

Modes d'adressage du processeur

Mémoire

D3B4 E000

E000 Valeur

MOV AX, [D3B4]

"Valeur" sera déplacée vers le registre AX

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• L'ADRESSAGE RELATIF

Il s'agit d'un adressage indirect plus un déplacement (ou offset).

L'adressage indirect peut se faire soit par l'intermédiaire d'un registre soit par l'intermédiaire du compteur ordinal (qui est également un registre)

Modes d'adressage du processeur

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• L'ADRESSAGE RELATIF

Principe :

Modes d'adressage du processeur

Mémoire

Add0 Valeur 0

Add1 Valeur 1

::

AddN

:

Valeur n

Instruction

Code RegistreDéplacement

Registre spécialiséou

Compteur ordinal

+Add0

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Schéma simplifié d’une

UNITE DE COMMANDE

Séquenceur

Décodeur

Compteur

Ordinal

Registre

d’État+ 1

MicroCommandes

Code Opération Zone Adresse

Registre Instruction

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97

Schéma simplifié d’une UNITE CENTRALE

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98

Les INTERRUPTIONS

La CARTE MERE

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99

Présentation

Le dialogue entre le processeur et ses périphériques peut-être initialisé par l'un ou l'autre.

• Lorsque l'initiative est donnée au processeur on parlera de SCRUTATION

Régulièrement une routine du système d'exploitation interroge (scrute) tous les périphériques pour savoir s'il désire communiquer des informations.

Page 100: 1 La CARTE MERE Introduction. 2 MATERIEL ORDINATEUR PERIPHERIQUES Microprocesseur SORTIESENTREESMémoire C. ROMRAM Présentation fonctionnelle (Rappel)

100

• Lorsque l'initiative revient au périphérique on parlera d'INTERRUPTION

Une interruption sera donc un SIGNAL qui permet à un événement aléatoire d'être pris en compte par le processeur.

L'événement peut-être :

• Externe au processeur

–En provenance d'un périphérique. On parlera d'une interruption matérielle.

Présentation

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101

L'événement peut-être :

• Externe au processeur

–En provenance d'un programme. On parlera d'un interruption logicielle.

• Interne c'est à dire généré par le processeur

–Pour des évènements exceptionnels comme "Division par zéro", "Dépassement de capacité", etc.

Présentation

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102

• TOUS les périphériques sont associés à une interruption. Elles ont donc un aspect :

– Technologique : Signal, connexion et composant.

– Logiciel : Routine de traitement par le système d'exploitation. Que faut-il faire quand ce signal est reçu ?

Présentation

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103

Aspect Hardware de l'interruption

• Interruptions Multiniveaux

Système obsolète car coûteux en broches

Processeur

IRQ1 IRQ3

IRQ2

PériphériqueA

PériphériqueB

PériphériqueC

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104

• Interruptions à ligne unique

Aspect Hardware de l'interruption

Processeur

Composant

PériphériqueA

PériphériqueB

PériphériqueC

IRQ1 IRQ3

IRQ2

INT

A la réception du signal INT le processeur lance une recherche par scrutation pour trouver l'origine de l'interruption

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105

• Interruption vectorisée

Aspect Hardware de l'interruption

Processeur

Contrôleur d'interruption PIC

PériphériqueA

PériphériqueB

PériphériqueC

IRQ1 IRQ3

IRQ2

INT

L'interruption est ici traitée à l'aide d'un VECTEUR d'INTERRUPTION (voir suite)

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106

• Les processeurs ont en général deux types de lignes d'interruption

– NMI – Interruption non masquable

– INTR – Interruption masquable

(voir les schémas des processeurs distribués)

Qu'est-ce qu'une interruption masquable ?

Aspect Hardware de l'interruption

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107

Une interruption arrête ce programme et déclenche l'exécution d'un programme de gestion de cette interruption

Aspect Hardware de l'interruption

Programmeinitial

ProgrammeDe

l'interrupt. 1

INT 1

ProgrammeDe

L'interrupt. 2

INT 2

Mais rien n'interdit à priori à une seconde interruption d'interrompre la première.

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108

• L'importance du traitement de la première interruption peut-être telle qu'elle ne doit pas être interrompue : Une interruption non masquable (NMI) sera une interruption qui ne pourra pas être interrompue

• L'interruption sera qualifié de masquable lorsqu'un programme peut demander au processeur de l'ignorer (Bit I du registre d'état chez Intel + Instruction STI).

Aspect Hardware de l'interruption

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109

• Exemple d'utilisation d'une interruption non masquable.

Aspect Hardware de l'interruption

Schéma d'un onduleur avec sauvegarde automatique

Carte

Alimentation Signal en cas de coupure

Alimentation

Ordinateur

Onduleur+ Batteries

Proc.

Interruption nonmasquable

NMI

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Traitement de l'interruption

Il s'agit de l'aspect logiciel de l'interruption. Ce traitement peut de décomposer en 3 étapes :

– La demande d'interruption (aspect hardware).

– L'acceptation de l'interruption.

– Le traitement proprement dit.

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111

• Première étape : Demande d'interruption

Traitement de l'interruption

Processeur

Contrôleurd’interruption

Périphérique

IRQ 7

IRQ 0

1

Demande

d’Interruption

2

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• Seconde étape : Autorisation de l'interruption

Traitement de l'interruption

Processeur

PériphériqueInterruption

1

Autorisée

2Dépôt sur le bus des donnéesdes coordonnées de l’interruption

Bus de données

IRQ 7

IRQ 0

Contrôleurd’interruption

Processeur

Périphérique

IRQ 7

IRQ 0

Contrôleurd’interruption

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• Troisième étape : Le traitement

Traitement de l'interruption

Sauvegarde du contexte du processeur dans la PILE

Registres du processeur

PILE

A

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114

Traitement de l'interruption

Troisième étape : Le traitement

B

Compteur Ordinal Vecteur d’interruptions

ADD

Recherche de l’adresse du programmede gestion de l’interruption

1

ADD

2 Transfert de l'adresse du programmeDe gestion de l'interruption

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• Troisième étape : Le traitement

Traitement de l'interruption

C

Compteur OrdinalMémoire

ADD Programmede gestion

del’interruption

ADD

Exécution du programmeSitué à l'adresse ADD

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• Troisième étape : Le traitement

Traitement de l'interruption

Restauration du contexte du processeur dans la PILE

Registres du processeur

PILE

D