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Structure interne des ordinateursSection B
IFT-17583
©Pierre Marchand, 2001, tous droits réservés
©Pierre Marchand, 2001 2
Qui suis-je ?
Jacques TangBureau : xxxx du pavillon Adrien-Pouliot
Téléphone : 656-2131, poste
Courriel : jacques.tang@ift.ulaval.ca
Pierre Marchand
Bureau : 3958 du pavillon Adrien-Pouliot
Téléphone : 656-2131, poste 7409
Téléavertisseur : 1-888-757-8077
Télécopieur : 656-2324
Courriel : marchand@ift.ulaval.ca
Page web pour le cours:
www.ift.ulaval.ca/~marchand/ift17583
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Objectifs
Pourquoi étudier la structure interne des ordinateurs ???
• Pour être en mesure de conseiller votre employeur ou vos clients sur le matériel informatique le plus approprié.
• Pour mieux comprendre l’ordinateur, mieux le programmer et mieux le déboguer.
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Plan
Historique et présentation générale
Représentation interne des informationsDonnées non numériques
Données numériques:Entiers positifs ou nuls
Entiers négatifs
Nombres fractionnaires
Circuits logiquesLogique combinatoire
Logique séquentielle
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Plan
MémoiresMémoire centrale
Mémoire cache
Mémoire auxiliaire
Unité centrale de traitement
Superordinateurs et microprocesseurs
Entrées / Sorties
Téléinformatique et réseaux
Systèmes d ’exploitation
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Plan
AssembleurArchitecture du Pentium
Outils de programmation
Types de données
Structures de contrôle
Instructions de base
Instructions arithmétiques
Conversions
La pile
Interruptions
Assembleur standard, directives d’assemblage et macros.
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Évaluation
Examens• Examen 1 - le samedi 17 mars 2001, de 9h00
à 12h00, portant sur les unités 1 à 7 inclusivement et comptant pour 30% de la note finale
• Examen 2 - le samedi 28 avril 2001, de 9h00 à 12h00, portant sur les unités 1 à 13, mais principalement sur les unités 8 à 13 et comptant pour 40% de la note finale.
Les examens sont à livre ouvert.
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Évaluation
Travaux pratiques
Quatre travaux pratiques comptant pour 7,5% chacun. 1 er Travail : 2 février 2001 2 e Travail : 3 mars 2001 3 e Travail : 2 avril 2001 4 e Travail : 28 avril 2001
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Bibliographie
Manuels obligatoires• Architecture et technologie des ordinateurs, 3e édition, P. Zanella
et Y. Ligier, Dunod, 1998. ISBN: 2-10-003801-X.
• Supplément par P. Marchand
Autres manuels recommandés• Structure interne des ordinateurs, Bui Minh Duc, Zeus, 1999. ISBN:
2-9805737-0-1.
• Structured Computer Organization, 4th Edition, A.S. Tanenbaum, Prentice-Hall, 1999. ISBN: 0-13-095990-1.
©Pierre Marchand, 2001 10
Bibliographie
Pour l’assembleur:• The 80x86 IBM PC and Compatible Computers (Volumes I & II)
Assembly Language, Design and Interfacing, 2nd Edition. M.A. Mazidi, J.G. Mazidi, Prentice-Hall, 1998. ISBN: 0-13-758509-8.
• Introduction to Assembly Language Programming. S. P. Dandamudi, Springer-Verlag 1998. ISBN : 0-387-98530-1
©Pierre Marchand, 2001 11
Bibliographie
Autres• Computer Organization and Architecture, 4th Edition, W. Stallings,
Prentice-Hall, 1996. ISBN: 0-13-359985-X.
• Computer Organization & Design, 2nd Edition, D.A. Patterson & J. L. Hennessy, Morgan Kaufmann, 1998. ISBN: 1-55860-428-6.
• Architecture des ordinateurs, I. Dancea et P. Marchand, Gaëtan-Morin, 1992. ISBN: 2-89105-438-5.
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Formule pédagogique
CoursLes mardis :
Structure interne
Les jeudis :
Assembleur à compter de la 4e semaine.
Travaux
Dépannages : à déterminer
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Formule pédagogique
Page WebGuide
Supplément
FAQ
Exercices
Travaux et examens
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Unité 1: Historique et présentation générale
Objectifs:À la fin de cette unité :
- vous aurez pris connaissance de l'évolution phénoménale de l'ordinateur depuis ses débuts.
- vous connaîtrez l'origine des différents systèmes de numération utilisés de nos jours : binaire, décimal, sexagésimal;
- vous comprendrez pourquoi on utilise encore le binaire en infor-matique;
- vous connaîtrez les composantes essentielles de la Machine de von Neumann.
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Unité 1: Historique et présentation générale
ObjectifsVous aurez également une vue d'ensemble de l'organisation générale d'un ordinateur.
Pour y arriver, vous devez maîtriser les objectifs suivants :
- décrire les différents types de réseaux informatiques;
- définir ce que sont une unité centrale de traitement (CPU), une mémoire centrale, une unité de commande, une unité arithmétique et logique, des unités d'entrée/sortie, des unités périphériques;
- expliquer pourquoi on utilise un code de 7 à 8 bits pour représenter les caractères;
- expliquer ce qu'est une cellule de mémoire, un mot mémoire, une adresse, un registre;
- décrire les unités de capacité d'une mémoire : K, M, G, T et P, et les unités de mesure de temps très courts : ms, µs, ns, ps.
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Unité 1: Historique et présentation générale
1. HistoriqueLire le chapitre 1 du livre de Zanella et Ligier.
Lire la page Historique sur le site Web.
2. Présentation générale
2.1 Ordinateur et informatiqueOrdinateur / computer
Système informatique = ordinateur + logiciels
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Unité 1: Historique et présentation générale
2.2 Principaux éléments d ’un ordinateurUnité centrale
Cédérom ou DVD
Disque dur
Disquette
Clavier
Souris
Écran ou projecteur
Modem
Scanner
Carte de son
Images et vidéo
Fax modem
Ports SCSI, USB, etc.
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Unité 1: Historique et présentation générale
Réseaux
WAN
MAN
LAN
WWW (Internet)
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Unité 1: Historique et présentation générale
2.3 Valeurs et acteurs de référenceUnités de mesure de capacité
Kilo = 103 210 = 1024
Méga = 106 220 = 1 048 576
Giga = 109 230 = 1 073 74 824
Tera = 1012 240 = 1 099 511 627 776
Peta = 1015 250 = 1 125 899 906 842 624
Unités de mesure de temps
ms = milliseconde = 10-3 s = 0,001 s
µs = microseconde = 10-6 s = 0,000 0001 s
ns = nanoseconde = 10-9 s = 0,000 000 001 s
ps = picoseconde = 10-12 s = 0,000 000 000 001 s
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Unité 1: Historique et présentation générale
Stockage Réseau
Ordinateur Bus
LogicielMémoireRAM
CPU
(disque dur, …)250 MB à 10 GB
Intel : PentiumSGI-MIPS: R10000Sun: UltraSparcMotorola-IBM-Apple:PowerPC200-500 MHz
b : bitB : Byte (= octet = 8 bits)bps : bits par secMbps : mégabits par secMB ou Mbytes ou Mo
Ethernet: 10 MbpsFast Ethernet; 100 MbpsFDDI: 100 MbpsATM: 155-622 MbpsGigabit Ethernet : 1 Gbps
SCSI: 4 MbpsFirewire : 400 Mbps
Systèmes d’exploitationNavigateur Internet32 à 256 MB
Quelques éléments typiquesd’un ordinateur personnel
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Unité 1: Historique et présentation générale
Loi de Moore
1970 9075 8580 952000 05
103
104
105
106
107
108
109
Transistors
4004
80808086
80286
80386
80486Pentium
Pentium Pro
Pentium III, Itanium
Pentium IV
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Unité 1: Historique et présentation générale
Loi de Moore
1970 9075 8580 952000 05
103
104
105
106
107
108
109
DRAM (bits)
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Unité 1: Historique et présentation générale
Évolution de la famille Intel
Date Microprocesseur Transistors Largeur Bus Fréquence
traits (bits)
1971 4004 2 300 10 m 4 108 KHz
1974 8080 6 000 6 m 8 2 MHz
1978 8086 29 000 3 m 16 8 MHz
1982 80286 134 000 1,5 m 16 10 MHz
1985 80386 275 000 1,0 m 32 25 MHz
1989 80486 1 200 000 0,8 m 32 33 MHz
1993 Pentium 3 100 000 0,8 m 32 100 MHz
1996 Pentium Pro 5 500 000 0,32 m 64 200 MHz
1999 Pentium III 9 500 000 0,25 m 64 1,13 GHz
2000 Itanium 15 000 000 0,18 m 128 ?
2001 Pentium IV ? 0,18 m 64 > 1 GHz
©Pierre Marchand, 2001 24
Unité 1: Historique et présentation générale
Principaux acteurs du monde de l’informatique
IntelIBMSGIMotorolaSunHPNECHitachiFujitsuApple
MicrosoftOracleNetscape
Cisco3ComBay NetworksNovell
Logiciel(Applications)
Réseau(Networking)
Traitement(Computing)
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Unité 1: Historique et présentation générale
2.3 Valeurs et acteurs de référence
Que sera l’ordinateur de demain ?
Quel sera le rôle des Network Computers ?
Ordinateurs optiques ?
2.4 Utilisation des ordinateursProgrammes système : fonctions de base de l’ordinateur
Programmes d’application– Calcul scientifique
– Gestion
– Conduite de processus
Système d’exploitation
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Unité 1: Historique et présentation générale
2.5 Développement de logicielCycle de vie du logiciel
– Compréhension du problème– Spécification du système– Conception– Programmation– Tests et validation– Entretien ou maintenance
Documentation en parallèle
Programme, algorithme
Langages de programmation
Compilation, édition de liens et chargement
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Unité 1: Historique et présentation générale
2.6 Principes de fonctionnementOrdinateur
Unité de contrôleou
Unité de commande
Unité arithmétiqueet logique
ouUnité de traitement
ouUnité de calcul
Unité centralede traitement
MémoireCache
Instructions
Données
Mémoire centraleou principale
Unités d’entrée/sortieou d’I/O
Contrôleur depériphériques
Carteréseau
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Unité 1: Historique et présentation générale
Autre représentationP
ériphériques
Bus d ’adresses
Bus de contrôle
Bus de données
CPUMémoireCentrale
Unitéd ’E/S
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Unité 1: Historique et présentation générale
2.6 Principes de fonctionnementCPU
Unité de calcul
résultat
opérandes
Unité arithmétique et logique
Registres
Reg Adr Reg Mot
RIPC ou CO Unité decommande
Décodeur
État Séquenceur
Horloge
Mémoire centrale
résultatsmotmémoire
adresseinstruction
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Unité 1: Historique et présentation générale
2.6 Principes de fonctionnementMémoire centrale
Contenu:
Instructions
Données
ASCII
Bit
Caractère/octet/byte
Mot-mémoire = unité d’information adressable
Adresse
Contenu d’une adresse
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Unité 1: Historique et présentation générale
2.6 Principes de fonctionnementMémoire centrale
Lecture -> l’information va vers le processeur
Écriture -> l’information va vers la mémoire
Capacité, exprimée en Ko, en Mo ou en Go, dépend du nombre de bits d’adresses.
RAM ou mémoire vive, accès aléatoire
Registres: registre d’adresses, registre de données
Mémoire cache
Unités d’entrée/sortie
Unités périphériques
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