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Introduction à l'informatique

ArchitectureLicence 1 - Octobre 2007

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But de ce cours

Pas faire de vous des experts en informatique

Plutôt vous donner une culture généraleet des outils pour votre futur métier !

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Objectifs Vous expliquer les notions fondamentales Vous en faire percevoir les différentes

facettes de façon (relativement ...) simple Vous montrer qu'il n'y a pas de magie Démonter tous les mécanismes

intervenants

Si vous ne comprenez pas quelque chose...

INTERVENEZ !

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Introduction

L'informatique est présente partout :- études (support d'apprentissage)- maison (communication, bureautique)- faits de société (brevets, Microsoft,…)

Le public se fait souvent une fausse idée :ordinateur = engin intelligent…

C'est FAUX !

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Définition

Machine électronique de traitement de l'information capable d'exécuter un ensemble d'instructions (programme) préalablement enregistré dans sa mémoire.

Anglais : computer

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Pour quoi faire ?

Taper un rapport Éditer ses photos de vacances Calculer sa moyenne, sa feuille

d'impôt Jouer Naviguer sur Internet …

Utiliser des LOGICIELS qui serventUtiliser des LOGICIELS qui serventà créer, à transformer et à éditer desà créer, à transformer et à éditer desdonnées ...données ...

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Principe de base

Organe de sortie

Unité centrale

Mémoire

Unité de traitement

Interface d'entrées/sorties

d’entréeOrgane

DonnéesProgrammes

Résultats

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Architecture

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Différents ordinateurs

PC (Personal Computer) Macintosh Mainframe (Gros systèmes) etc.

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Architecture modulaire

Carte mère Processeur Mémoire vive Disque dur Ecran Périphériques Lecteurs

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Sous le capot…

Jetons un coup d'œil a l'intérieur ...

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Vue d'ensemble

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Le matériel……plus en détails

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Carte mère

L’interface : le BIOS Support CPU et “Chipset” Les “slots” :AGP, PCI (-express),

ISA La pile (batterie)

Et surtout, le BUS…

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La carte mère

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Processeur(s) Caractéristiques

Architecture : RISC (Sparc), CISC (Intel), ... Un ou plusieurs processeurs, multi-coeurs

(core) Fréquence et vitesse d’horloge La mémoire interne : le cache

Performances Consommation Exemples : Intel P4, Motorola PowerPC,

SUN UltraSPARC III

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Architecture classique d’un processeur

Cycle classique

1- lire une instruction (à l’adresse indiquée)

2- décoder l’instructioncalculer (éventuellement) les adresses des opérandes et les lire

3- exécuter l’instruction

4- écrire (éventuellement) le résultat en mémoire

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Architecture classique d’un processeur

Schéma classique simplifié

mém

oire données

contrôle

registresdonnées

registreinstruction décodeur

adresses

UAL

données

contrôle

adresses

registreinstruction décodeur

registresdonnées

UAL

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Le processeur

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Le BUS

Gère les communications entre les différentes unités fonctionnelles :

processeur, mémoire, contrôleur de disques, carte graphique, etc.

Sa vitesse est prépondérante !

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Structure d'un ordinateur

bus des données

RAM ROME/S

écranclavier

disques

bus de contrôle

processeur

bus des adresses

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Communiquer

bus interne au processeur

bus pour le cache

communication entre les unités fonctionnelles

fils + circuits pour la synchronisation

vitesse de communication : fréquence du processeur

communication entre un cache externe et le processeur

vitesse de communication : proche de celle du processeur

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La mémoire

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Mémoriser

Critères d'évaluation des mémoires• Temps d'accès• Capacité• Coût par bit

Plusieurs niveaux

Registres

Mémoire cache

Mémoire centrale

Mémoire de masse

Vitesse

_

+ _

+

Capacité

Coût

Proximité du processeur

Différentes technologies

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Mémoriser

Registres • Conservation des informations proche de l’UAL

• Stockage des opérandes et des résultats intermédiaires

Mémoire cache

Mémoire vive (RAM – Random Access Memory)Mémoire morte (ROM – Read Only Memory)Disques dursDisquettes, CD-ROMBandes magnétiques CD-ROM spéciaux

Mémoire centrale

• Tampon entre l'unité centrale et la mémoire centrale

• Accélération des accès

Organe principal de rangement des informations

utilisées par l'unité centrale (instructions et données)

Mémoire de masse

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Mémoriser

La mémoire doit conserver la trace du passage du courant

Mémoire = ensemble de composants électroniques capables de mémoriser chacun un bit

Il existe plusieurs technologies permettant de conserver la trace du courant, correspondant à plusieurs types de mémoire.

- mémoires mortes

- mémoires statiques- mémoires dynamiques

- mémoires de masse : magnétiques ou optiques

RAM : infos perdues hors alimentation électrique

}

} ROM : infos conservées même hors alimentation électrique

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Mémoriser mémoires dynamiques

Les mémoires statiques (SRAM – Static RAM) sont rapides... ... mais chères ...

Mémoires dynamiques (DRAM – Dynamic RAM)- un seul transistor couplé à un condensateur pour stocker un bit (≠ 6 transistors par bit en SRAM)

le condensateur se décharge progressivement entrainant la perte de l'information

le circuit doit être rafraîchi périodiquement (plusieurs milliers de fois par seconde)

pour chaque bit : lire sa valeur et la réécrire immédiatement

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Mémoriser mémoires statiques / dynamiques

SRAM- plus rapide- plus coûteuse- taille plus importante

DRAM- circuit de rafraîchissement → plus lente- fabrication plus simple → moins coûteuse- densité d'intégration plus grande (facteur 4)

Utilisée pour les caches

Utilisée pour la mémoire centrale

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La mémoire vive

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Mémoriser mémoires de masse

Besoin de mémoire de masse

- mémoires magnétiques

- mémoires optiques CD-rom, DVD-rom

- dotée (très) grande capacité - pour le stockage permanent de l'information en l'absence de courant

(quelques années)

Deux types de mémoire de masse

disques durs, disquettesbandes magnétiques{

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Le disque dur

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De plus près…supports magnétiques/disques durs

cheveu

trace de doigtfumée

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Mémoriser supports optiques : disques optiques

cuvette dans la pellicule réfléchissante

trou dans la pellicule réfléchissante

indice de réfraction du substrat transparent

Principe : rayon laser envoyé sur une surface

réfléchissante. On observe (ou non) un rayon

réfléchi.

– modifiable 1 fois (Recordable)– effaçable (Rewritable)

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Mémoriser hiérarchie mémoire : caractéristiques

Taille Temps d’accès (ns)

Débit (Mo/sec) Technologie

Registres < 1 Ko 0,25 – 0,5 20 000 – 100 000 Mémoire

spécialisée

Cache < 16Mo 0,5 - 25 5 000 - 10 000 SRAM

Mémoire principale

< 16 Go 80 - 250 1000 - 5000 DRAM

Mémoire de masse

> 100 Go 5 000 000 20 - 150 Support

magnétique

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Les cartes additionnelles

Sur les slots de la carte mère Quelques cartes fréquentes :

Réseau Vidéo Son SCSI / RAID TV

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La carte vidéo

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Périphériques entrées/sorties

Par définition, un périphérique n'est pas indispensable au démarrage :Clavier / SourisEcranScanner, imprimanteWebcamModem

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Ports additionnels

Permettent de brancher les périphériques

Parallèle Série USB PS/2 Firewire ...

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Lecteurs

CDROM / DVDROM (et graveurs ...) Disquette Bandes magnétiques

(sauvegardes) Lecteurs de cartes mémoires

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Ecran

Taille de la diagonale Résolution (nombre de points) Fréquence de rafraîchissement CRT (tube) vs TFT (plat) TFT : Luminosité, angle de vue, ...

Windows : Le Système d’exploitation

A quoi ça sert ?

Interface Homme / Machine Sous-couche d’exécution des

programmes Fournit des fonctions plus élaborées

Lesquels ? Le plus répandu : Windows (2000, XP,

Vista…) La grande famille des Unix :

Linux (RedHat, Ubuntu, Debian, Gentoo, …) SUN Solaris HP/UX SGI Irix FreeBSD, NetBSD, OpenBSD

D’autres solutions exotiques : Lindows, Warp

Les caractéristiques

Multitâches Multi-utilisateurs Gère les Multi-processeurs (et

cores) Non-libre

Le noyau

Cœur du système d'exploitation Interface programmes/périphériques Ensemble de routines en mémoire Gère les processus du système Gère la mémoire

NOYAU

MACHINE

Application Application Application

Commandes de base

Utilitaires basiques fournis avec Windows Gestion machine, « drivers » génériques,

… Interface utilisateur Programmes utiles

Editeurs de textes, d'images, navigateurs, Et encore plein d'autres choses…

Sur le disque dur…

Ensemble de fichiers et répertoires Formats : FAT32, NTFS Attention aux fichiers système !

On diviser le disque en plusieurs morceaux : les partitions

Pourquoi un partitionnement ?

Classer les données Protéger les données Séparer les systèmes d’exploitations

Format des données Descripteur différent

Convention de nommage sous Windows : A: (disquette) ,C: (1er DD), D: (CDROM), …

Les pilotes du matériel

Sert de traducteur matériel / OS Les plus courant sont déjà installés Mais sinon, on peut tout trouver

sur :

INTERNET !

Le CD d’installation

Contient : Noyau Pilotes génériques (Drivers) Interface Programmes (démineur, navigateur,…)

Démarrage d’un mini-sytème à partir du CD

C’est là que commencent les ennuis…

Les réseaux

Histoire

1969 Dpt Défense US lance Arpanet : réseau pour la recherche

4 nœuds : UCLA, UCSB, SRI, U. Utah1971 13 machines sur le réseau1990 fin d'Arpanet, début d'Internet1993 1ère interface de navigation : NCSA Mosaic1994 1er navigateur Netscape, augmentation rapide

du nombre de surfers et multiplication des offres

Aujourd'hui Des millions de machines sur la planète

Principes Echange de données entre 2

ordinateurs

Il faut gommer les différences aux niveaux matériel et logiciel entre les 2 machines

Comment se comprennent-ils ?Grâce aux protocoles

Données

Protocole

Le support physique Electrique : câble cuivre Ondes : air (faisceau hertzien,

wifi ...) Optique : fibre optique

Le codage Analogique Numérique

Exemple

Votre modem à la maison

Ordinateur

(Numérique)

Lignes téléphoniques

(Analogique)

Provider

(Numérique)

Modem

INTERNET

Les types de réseaux

WAN (Wide Area Network) : réseau national ou international

Plusieurs centaines de Km de diamètre MAN (Metropolitan Area Network) : réseau métropolitain

Dizaines de Km

LAN (Local Area Network) : réseau local

Centaines de mètres

Réseau local

Quel matériels ?

- Hubs (Répéteurs)- Switches (Concentrateurs)- Routeurs

Topologies

Hub

Réseau Ethernet avec Réseau Ethernet avec

topologie en BUStopologie en BUS

La plus courante :La plus courante :

Topologies Mais aussi :

en anneau

en étoile hiérarchique (arbre)

multipoint (graphe)

Topologiesmixte (réseau de réseaux)

Internet ?

Réseau fédérateur de réseaux Constitué de multitudes de noeuds :

Routeurs Serveurs (Web, DNS,…) Ordinateurs personnels …

La numérotation IPv4 Adresse unique par machine sur 32 bits Nom unique par machine

Série de 4 nombres entre 0 et 255 Exemple : 130.79.6.50 pour HP_LP1

A décomposer en réseau et machine Réseau : 130.79.6 Machine : 1

Les classes d'adresses

Classe A, B, C ou D Les plus courante : Classe C ou 255

adresses comme notre LAN "130.79.6.0"

Mais comment faire plus grand/petit ?

Pour changer le nombre d'adresses, on change le masque

Notations

Adresse + Masque 130.79.6.0 + 255.255.254.0

Notation abrégée : CIDR 130.79.6.0/23

Vos adresses Entre 130.79.6.201 et 130.79.6.225

Mais cela ne suffit pas pour configurer une machine sur le réseau Où sont les autres machines de mon

réseau ? Où est le reste du monde ?

D’autres infos…

Les bases d' IPv4 (1/2) Passerelle / Gateway

130.79.7.254C'est la porte de sortie vers d'autres LAN et

Internet Sous-réseau / Subnet

130.79.6.0C'est l'adresse du sous-réseau de la

machine Masque de sous-réseau / Subnet Mask

255.255.254.0Il permet de connaître la taille du sous-

réseau

Les bases d' IPv4 (2/2)

Diffusion / Broadcast 130.79.7.255

C'est l'adresse réservée à la diffusion massive

Boucle locale / Loopback 127.0.0.1

C'est l'adresse locale de la machine

Les services réseau

Le Web World -Wide Web (WWW ou W3 ou 3W ou Web) Projet du CERN en 1989 Notion de document hypertexte

liens sur d’autres documents (hyperliens)Messagerie électronique

Forums de discussionÉchanges de logiciels ou de fichiers (ftp, scp)Connexion et travail à distance (ssh)Recherche sur le Web

Documents de tous types (textes, graphiques, images, vidéos, sons…)

Chaque document a une adresse unique : adresse URL Ex :

http://www-ulp.u-strasbg.fr/bienvenue/index.php

Le Web Les pages sont réalisées avec un langage comme HTML L’accès aux documents se fait avec l’aide de

navigateurs (browser) Mosaic (NCSA) Netscape Mozilla Firefox Internet Explorer (Microsoft)

La recherche sur le Web se fait grâce à des moteurs de recherche :

Google (http://www.google.fr) Yahoo (http://www.yahoo.fr) Lycos (http://www.lycos.fr) …

La résolution de nom / DNS

Pourquoi ? Adresse IP compliquée ! Impossibilité de connaître tout le

réseau

Réponse : DNS ou Serveur de noms Données réparties partout sur le réseau Fonctionne en arborescence

DNS, la suite… Création de domaines par l’AFNIC :

.fr .com, ... Possibilités infinies de sous-domaines :

u-strasbg.fr wanadoo.fr

Serveur DNS de l’Université : 130.79.200.1 130.79.200.3

Un exemple : www.perdu.com

Thomas

GW

DNS

Routeur

Routeur

Routeur

Perdu.com

66.134.207.43

www.perdu.com

Page webRouteur

Les autres…

FTP : Transfert de fichiers SSH : Console sécurisée IRC : Discussion SMTP : Mail LDAP : Annuaire …

Et la suite…

Nouveau protocole d'adressage IPv6

Nouvelles technologies réseaux : Bluetooth Wi-fi Gigabit Ethernet …

Bases d’administration

La sécurité (1/2)

Plusieurs aspects : Topologies

Choix d'une topologie sure Système d'exploitation

Mise à jour Windows UpdateLes pilotes (drivers)

MatérielleProtéger physiquement les machines

La sécurité (2/2) Utilisation d’application sécurisées Formation des utilisateurs

Mots de passeHérésies (modem, divulgation mot de passe)

VeilleSurveillanceInformationConstruction d'une base de ressources

DHCP

Configuration auto d'interface réseaux Adresse IP Gateway Masque de sous-réseau Serveur DNS Nom de domaine

Bail limité Sécurité : distribution par adresse

MAC

Les scripts

Pour automatiser les taches répétitives Pour lancer des taches à heure fixe Pour mettre à jour de nombreux

fichiers

Les SCRIPTS !

Exemple : ps2ascii.bat@echo offif '%1'=='' goto a0if '%2'=='' goto a1gs -q -dNODISPLAY -dNOBIND -dWRITESYSTEMDICT -dSIMPLE

ps2ascii.ps %1 -c quit >%2goto x:a0gs -q -dNODISPLAY -dNOBIND -dWRITESYSTEMDICT -dSIMPLE

ps2ascii.ps - -c quitgoto x:a1gs -q -dNODISPLAY -dNOBIND -dWRITESYSTEMDICT -dSIMPLE

ps2ascii.ps %1 -c quitgoto x:x

Ensuite ?

Installation des machines sous XP Partitionnement Installation du système Configuration / Mise à jour Installation de logiciels Installation de l’imprimante

Mais avant, on relit son cours !