IFT-17583

Structure interne des ordinateurs Section B

©Pierre Marchand, 2001, tous droits réservés

Qui suis-je ?

Jacques Tang Bureau : xxxx du pavillon Adrien-Pouliot Téléphone : 656-2131, poste Courriel : [email protected]

Pierre Marchand Bureau : 3958 du pavillon Adrien-Pouliot Téléphone : 656-2131, poste 7409 Téléavertisseur : 1-888-757-8077 Télécopieur : 656-2324 Courriel : [email protected]

Page web pour le cours: www.ift.ulaval.ca/~marchand/ift17583 ©Pierre Marchand, 2001 2

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 informations Données non numériques Données numériques: Entiers positifs ou nuls Entiers négatifs Nombres fractionnaires Circuits logiques Logique combinatoire Logique séquentielle ©Pierre Marchand, 2001 4

Plan

Mémoires Mémoire centrale Mémoire cache Mémoire auxiliaire Unité centrale de traitement Superordinateurs et microprocesseurs Entrées / Sorties Téléinformatique et réseaux Systèmes d ’exploitation ©Pierre Marchand, 2001 5

Plan

Assembleur Architecture 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 portant sur les le samedi 17 mars 2001, de 9h00 à 12h00, 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  2 e  3 e  4 e Travail : 2 février 2001 Travail : 3 mars 2001 Travail : 2 avril 2001 Travail : 28 avril 2001 ©Pierre Marchand, 2001 8

Bibliographie

Manuels obligatoires

• Architecture et technologie des ordinateurs, 3 e 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

Prentice-Hall, 1999. ISBN: 0-13-095990-1.

, A.S. Tanenbaum, ©Pierre Marchand, 2001 9

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 10

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

Cours Les mardis : Structure interne Les jeudis : Assembleur à compter de la 4 e semaine.

Travaux Dépannages : à déterminer ©Pierre Marchand, 2001 12

Formule pédagogique

Page Web Guide Supplément FAQ Exercices Travaux et examens ©Pierre Marchand, 2001 13

Unité 1: Historique et présentation générale

Objectifs: À la fin de cette unité : - vous aurez pris connaissance de l'ordinateur depuis ses débuts.

l'évolution phénoménale de - 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

von Neumann

.

Machine de

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Unité 1: Historique et présentation générale

Objectifs Vous 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. Historique Lire le chapitre 1 du livre de Zanella et Ligier.

Lire la page Historique sur le site Web.

2. Présentation générale 2.1 Ordinateur et informatique Ordinateur / computer Système informatique = ordinateur + logiciels ©Pierre Marchand, 2001 16

Unité 1: Historique et présentation générale

2.2 Principaux éléments d ’un ordinateur Unité 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) ©Pierre Marchand, 2001 18

Unité 1: Historique et présentation générale

2.3 Valeurs et acteurs de référence Unités de mesure de capacité Kilo = 10 3  2 10 = 1024 Méga = 10 6 Giga = 10 9   2 2 30 20 = 1 048 576 = 1 073 74 824 Tera = 10 12 Peta = 10 15   2 40 2 50 = 1 099 511 627 776 = 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 ©Pierre Marchand, 2001 19

Unité 1: Historique et présentation générale

Quelques éléments typiques d’un ordinateur personnel (disque dur, …) 250 MB à 10 GB Stockage Intel : Pentium SGI-MIPS: R10000 Sun: UltraSparc Motorola-IBM-Apple: PowerPC 200-500 MHz CPU Ordinateur Mémoire RAM b : bit B : Byte (= octet = 8 bits) bps : bits par sec Mbps : mégabits par sec MB ou Mbytes ou Mo 32 à 256 MB Réseau Logiciel Ethernet: 10 Mbps Fast Ethernet; 100 Mbps FDDI: 100 Mbps ATM: 155-622 Mbps Gigabit Ethernet : 1 Gbps Bus SCSI: 4 Mbps Firewire : 400 Mbps Systèmes d’exploitation Navigateur Internet ©Pierre Marchand, 2001 20

Unité 1: Historique et présentation générale

Loi de Moore Transistors 10 9 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 8080 4004 8086 Pentium III, Itanium Pentium Pro 80486 80286 Pentium Pentium IV 80386 1970 75 80 85 90 952000 05 ©Pierre Marchand, 2001 21

Unité 1: Historique et présentation générale

Loi de Moore DRAM (bits) 10 9 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 1970 75 80 85 90 952000 05 ©Pierre Marchand, 2001 22

Unité 1: Historique et présentation générale

Évolution de la famille Intel Date Microprocesseur Transistors Largeur Bus 1971 1974 1978 1982 1985 1989 1993 1996 1999 2000 2001 4004 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium Pro Pentium III Itanium Pentium IV 2 300 6 000 29 000 traits 10  m 6  m 3  m (bits) 4 8 16 134 000 275 000 1 200 000 3 100 000 1,5  m 1,0  m 0,8  m 0,8  m 16 32 32 32 5 500 000 0,32  m 64 9 500 000 0,25  m 64 15 000 000 0,18  m 128 ? 0,18  m 64 Fréquence 108 KHz 2 MHz 8 MHz 10 MHz 25 MHz 33 MHz 100 MHz 200 MHz 1,13 GHz ?

> 1 GHz ©Pierre Marchand, 2001 23

Unité 1: Historique et présentation générale

Principaux acteurs du monde de l’informatique Microsoft Oracle Netscape Logiciel (Applications) Réseau (Networking) Cisco 3Com Bay Networks Novell Traitement (Computing) Intel IBM SGI Motorola Sun HP NEC Hitachi Fujitsu Apple ©Pierre Marchand, 2001 24

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 ordinateurs Programmes système : fonctions de base de l’ordinateur Programmes d’application – Calcul scientifique – Gestion – Conduite de processus Système d’exploitation ©Pierre Marchand, 2001 25

Unité 1: Historique et présentation générale

2.5 Développement de logiciel Cycle 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 ©Pierre Marchand, 2001 26

Unité 1: Historique et présentation générale

2.6 Principes de fonctionnement Ordinateur

Unité centrale de traitement

Unité de contrôle ou Unité de commande Unité arithmétique et logique ou Unité de traitement ou Unité de calcul

Mémoire Cache

Instructions Données

Unités d’entrée/sortie ou d’I/O Mémoire centrale ou principale

©Pierre Marchand, 2001 Contrôleur de périphériques 27 Carte réseau

Unité 1: Historique et présentation générale

Autre représentation Bus de données ©Pierre Marchand, 2001 CPU Mémoire Centrale Bus d ’adresses Bus de contrôle 28 Unité d ’E/S

Unité 1: Historique et présentation générale

2.6 Principes de fonctionnement CPU Mémoire centrale Horloge État Reg Adr adresse Reg Mot instruction mot mémoire PC ou CO RI résultats Unité de commande Décodeur Séquenceur ©Pierre Marchand, 2001 Unité de calcul opérandes résultat 29 Unité arithmétique et logique Registres

Unité 1: Historique et présentation générale

2.6 Principes de fonctionnement Mémoire centrale Contenu: Instructions Données ASCII Bit Caractère/octet/byte Mot mémoire = unité d’information adressable Adresse Contenu d’une adresse ©Pierre Marchand, 2001 30

Unité 1: Historique et présentation générale

2.6 Principes de fonctionnement Mémoire 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 ©Pierre Marchand, 2001 31