Schéma général d'un ordinateur Quelques chiffres … pour comprendre Quelques termes

1. Plan • Schéma général d'un ordinateur Quelques chiffres … pour comprendre Quelques termes fonctionnement d'une UC

2. Périphériques lents rapides Schéma général d'un ordinateur Mémoire centrale Processeur (UC) Communication (bus) Attention : Il y a des variantes

3. Périphériques lents rapides Schéma général d'un ordinateur Mémoire centrale Processeur (UC) Communication (bus)

4. Périphériques lents rapides Schéma général d'un ordinateur Mémoire centrale Processeur (UC)

5. Schéma général d'un ordinateur • Il y a 2 sortes d'activités dans un ordinateur: • exécution des instructions par l'UC • -échange d'information entre mémoire centrale • et périphériques

6. Schéma général d'un ordinateur L'UC (unité centrale) exécute des instructions logées en mémoire centrale Mémoire centrale Processeur (UC)

7. Périphériques lents rapides Schéma général d'un ordinateur L' échange d'information a lieu entre la mémoire centrale et les périphériques (entrées-sorties) Mémoire centrale Communication (bus)

8. Périphériques lents rapides Schéma général d'un ordinateur L' échange d'information a lieu entre la mémoire centrale et les périphériques (entrées-sorties) Mémoire centrale Communication (bus)

9. Schéma général d'un ordinateur • entrées-sorties(du point de vue de la mémoire centrale) • elles sont démarrées par une instruction de l’UC • la taille du bloc échangé peut varier : • 1bit [transmission série (à 56 Kb/s par exemple)] • un octet (= 8 bits) [clavier] • - un secteur de 512 octets à 4 ko [disque]

10. Périphériques lents rapides Schéma général d'un ordinateur Aspect physique Carte video Mémoire centrale Processeur (UC) Barrettes DRAM Carte mémoire Périphériques USB,Firewire Cartes PCI Micro-processeur (puce) Communication (bus)

11. Quelques chiffres … pour comprendre Schéma général d'un ordinateur • Quelques chiffres … pour comprendre Quelques termes fonctionnement d'une UC

12. Quelques chiffres … pour comprendre un peu de maths : en informatique, la base 2 (le binaire) est très utilisée. le binaire convient mieux aux signaux (discriminer entre 2 états plutôt qu’entre 10) 2) on sait convertir les nombres d’une base à une autre 3) la conception des circuits utilise la logique à 2 valeurs (vrai, faux) qui se traduisent facilement en binaire.

13. Quelques chiffres … pour comprendre un peu de maths : en informatique, les puissances de 2 jouent le même rôle que les puissances de 10 pour l’homme tableau des puissances 2 puissance 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nombre en décimal 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 exemple : le plus grand nombre à 7 chiffres binaires (11111112) est 27-1= 128-1=127 comme le plus grand nombre à 3 chiffres décimaux (99910) est 103-1= 1000-1=999

14. Quelques chiffres … pour comprendre pour compter vite avec les puissances de 2: il faut utiliser l'approximation (à 2,4 %) 1024 = 210 # 103 = 1000 ex. combien peut-on coder de couleurs sur 32 bits ? réponse : 22.230 # 4.109 l’approximation est utilisée pour les capacités : exemple : 4Mo signifiera 4.(1024*1024) octets

15. Quelques chiffres … pour comprendre • Attention aux échelles de grandeur !! • capacité (d'octets) : • 1 103 106 109 1012 • kilo (ko) méga (Mo) giga (Go) tera (To) • vitesse : • s ms (= 10-3s) s (= 10-6s) ns (= 10-9s) • fréquence correspondante • 1 Hz kHz (=103Hz) MHz (=106 Hz) GHz (=109 Hz)

16. Quelques chiffres … pour comprendre exemple d'utilisation : un P4 / 3 GHz sdram 256 Mo DD 80/ CD52x/ modem 56kb reseau 10/100 est l'abréviation du modèle où • l'horloge du processeur Pentium 4 bat à 3 Ghz . la mémoire centrale contient 256 Méga octets • le disque dur contient 80 Giga octets • le lecteur de CD-rom est à vitesse 52 (/ audio normal) • le modem transmet à 56 000 bits /s - la carte réseau fonctionne a 10 ou 100 Mbits/s

17. Quelques chiffres … pour comprendre Les échelles de temps 3 GHz : c'est la vitesse d'horloge du processeur il est capable de faire quelque chose en 1/ 3 000 000 000s une instruction utile se fera plutôt en 0,01s (1 /100 000 000s) un transfert mémoire-disque dur se fait en 10 ms (soit 1 000 000 instructions) Et alors ?

18. Quelques chiffres … pour comprendre pour nous,en supposant que nous fassions une opération (intellectuelle) à la seconde, 1 000 000 d’opérations représenteraient 10 jours (environ) Et alors ?

19. Quelques chiffres … pour comprendre Périphériques rapides Et alors ? Mémoire centrale Processeur (UC) 0,01s 1ms Si le processeur attend une entrée-sortie, pour lui, c'est une pause de 1000 000 d’opérations ... comme pour nous une pause de 10 jours … Le matériel et le logiciel seront organisés pour éviter cette attente …

20. Quelques chiffres … pour comprendre • Les échelles de temps • une image 1000 x 1000 a 106 points. • en noir et blanc il faut 106 bits pour la représenter. • en couleur (sur 32 bits) il faut 32 106 bits pour la représenter. • Envoyer une image, à 10 Mb/s, prendrait 3 s : • intérêt des techniques de compression (MPEG) • affichage video ≠ transfert à un périphérique • ( affichage = écriture en mémoire centrale)

21. Quelques chiffres … pour comprendre • affichage video ≠ transfert à un périphérique • ( affichage = écriture en mémoire centrale) 0010111 1011000 … Carte video Ecran Mémoire centrale

22. Quelques chiffres … pour comprendre Les avancées trop rapides de la technologie (capacité) compliquent l'architecture : 1980: adressage physique de 1Mo maximum (dont le dernier tiers est utilisé pour les périphériques) 1985: les PC atteignent cette limite. 1965 : espace virtuel (utopique) maximum de 2Go 2004: les gros PC atteignent cette limite. Idem pour les disques : 1990: 1 Go maximum, 2004 : 80 Go en 2004 pour les PC courants 1 To pour les plus gros. Comment gérer ces nouvelles capacités ?

23. Quelques termes Schéma général d'un ordinateur Quelques chiffres … pour comprendre • Quelques termes fonctionnement d'une UC

24. Quelques termes bit chiffre binaire (binary digit ) unité d’information octet (8 bits) unité d’information en mémoire centrale qui est repéré par une adresse. la valeur n’indique pas le type d’information. les types d’information dépendent du matériel ou du logiciel.

25. Quelques termes types d’information usuels (reconnus par le matériel) : caractère (1 octet pour code ASCII, 2 pour Unicode) chaîne de caractères : suite finie (séquence) de caractères instruction (1 à 4 octets) code d’instruction (1 octet) : partie de l’instruction qui spécifie l’opération entier (4 octets) : nombre entier positif, nul, ou négatif des entiers courts (1 ou 2 octets) ont été utilisés dans le passé. flottant (8 octets) : nombre avec partie fractionnaire et exposant (attention : en binaire!)

26. Quelques termes types d’information usuels (reconnus par le logiciel) : en plus des précédents, logique (vrai ou faux) codé sur 1 octet, parfois confondu avec un entier date : nombre d’unités depuis une origine codé sur un entier ex. nombre de ms depuis le 1/1/1970 structures pour les ensembles d’information : tableaux, listes, arbres, relations n-aires … il n’y a pas toujours de standardisation de ces structures.

27. Quelques termes RAM (random acess memory) = mémoire centrale sous forme de barrettes (128 Mo, 256 Mo…) temps d'accès (en 2004) : 80 ns mais le cache permet un temps moyen de 10 ns La RAM est volatile : contenu perdu en cas de panne Avec les grandes capacités actuelles des mémoires centrales (-> 2 Go), on peut y stocker : des grandes images, des bases de données importantes, des matrices numériques importantes

28. Quelques termes ROM (read only memory) = mémoire en lecture seule sous forme de puces remplies en usine. La ROM est non-volatile. sert au démarrage (= bootstrap) des ordinateurs et aux sous-programmes de base (jusqu'à 256 Mo)

29. Quelques termes CD-ROM (disque compact) = en lecture seule sous forme de disques gravés par laser (700 Mo). Les disques audio sont lisibles par ordinateur. Le temps d'accès est de l'ordre de 100 ms. La gravure (unique) est une opération lente. DVD-ROM en lecture seule sous forme de disques gravés par laser (4,7 Go). Les disques video sont lisibles par ordinateur. Sur les CD et DVD ré-inscriptibles, on peut écrire 1000 fois environ.

30. Quelques termes Une clé USB est une mémoire électronique, considérée comme un disque amovible. Sa grande capacité (128Mo, 256 Mo …) et son temps d'accès assez rapide en font une mémoire de sauvegarde idéale. (non-volatile)

31. Quelques termes Cache petite mémoire entre le processeur et la mémoire centrale (habituellement 10-100 kO) Mémoire centrale Cache Processeur (UC) 1ns 3 GHz 80 ns Avec le cache, le temps moyen d'accès est proche de 10 ns

32. Périphériques lents rapides Quelques termes Bus liaison commune à tous facile de se brancher dessus (attention aux conflits !!) Mémoire centrale Processeur (UC) Communication (bus)

33. Quelques termes Jeu d'instructions (instruction set) ensemble des codes d'instuctions d'un processeur. On distingue les codes de même famille (i8086, i8486, Pentium 4, Céleron, AMD …) et ceux incompatibles (pentium et PowerPc) Les codes occupent un octet (8 bits) ( 256 combinaisons possibles). Une instruction a une partie code et des"références" aux données (≠ valeurs explicites)

34. Quelques termes Jeu d'instructions (instruction set) on distingue les processeurs RISC (reduced instruction set) et Les processeurs CISC (complex instruction set). Les processeurs RISC sont plus faciles à concevoir, mais traduisent le même programme en plus d'instructions.

35. Quelques termes ASCII (American Standard Code for Interchange of Information) code international de caractères sur 8 bits ne suffit pas pour les caractères spéciaux de tous les pays. Unicode code international des caractères sur 16 bit pour coder les caractères spéciaux de tous les pays.

36. fonctionnement d'une UC Schéma général d'un ordinateur Quelques chiffres … pour comprendre Quelques termes • fonctionnement d'une UC

37. fonctionnement d'une UC La calculette simple Opération Machine Résultat Données Toutes les informations restent « stockées » en dehors de la machine

38. fonctionnement d'une UC La calculette sophistiquée Opération Machine Résultat Données les résultats "reviennent" en données Les opérations s'enchaînent

39. fonctionnement d'une UC L'ordinateur Opération Machine = processeur Données Résultat = Mémoire centrale

40. fonctionnement d'une UC Cycle de l'unité centrale Répéter chercher l'instruction à exécuter chercher les données exécuter l'instruction [ranger le résultat ] déterminer l'instruction suivante Jusqu'à FAUX (=sans fin)

41. Données fonctionnement d'une UC (animation) chercher l'instruction à exécuter Opérations Données Résultat op processeur Mémoire centrale

42. fonctionnement d'une UC (animation) chercher les données Opérations Données Résultat données op processeur Mémoire centrale

43. fonctionnement d'une UC (animation) Exécuter l'instruction Opérations Données Résultat données op processeur Mémoire centrale

44. fonctionnement d'une UC (animation) Ranger le résultat Opérations Données Résultat données op processeur Mémoire centrale

45. Données fonctionnement d'une UC (animation) … chercher l'instruction à exécuter Opérations Données Résultat op processeur Mémoire centrale

46. fonctionnement d'une UC Important les instructions et les données logent ensemble dans la mémoire centrale sont codées de façon stricte