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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
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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 informations
Données non numériques
Données numériques:
Entiers positifs ou nuls
Entiers négatifs
Nombres fractionnaires
Circuits logiques
Logique combinatoire
Logique séquentielle
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Plan
Mémoires
Mémoire 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
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 - 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.
ï
ï
ï
ï
1 er
2e
3e
4e
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Travail :
Travail :
Travail :
Travail :
2 février 2001
3 mars 2001
2 avril 2001
28 avril 2001
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4
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.
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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
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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, GaëtanMorin, 1992. ISBN: 2-89105-438-5.
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Formule pédagogique
Cours
Les mardis :
Structure interne
Les jeudis :
Assembleur à compter de la 4e semaine.
Travaux
Dépannages : à déterminer
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Formule pédagogique
Page Web
Guide
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 informatique;
- vous connaîtrez les composantes essentielles de la Machine de
von Neumann.
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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
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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)
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Unité 1: Historique et présentation générale
2.3 Valeurs et acteurs de référence
Unités 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
Quelques éléments typiques
d’un ordinateur personnel
Ethernet: 10 Mbps
Fast Ethernet; 100 Mbps
FDDI: 100 Mbps
ATM: 155-622 Mbps
Gigabit Ethernet : 1 Gbps
(disque dur, …)
250 MB à 10 GB
Stockage
Intel : Pentium
SGI-MIPS: R10000
Sun: UltraSparc
Ordinateur
Motorola-IBM-Apple: CPU
PowerPC
200-500 MHz
Mémoire
RAM
b : bit
B : Byte (= octet = 8 bits) 32 à 256 MB
bps : bits par sec
Mbps : mégabits par sec
MB ou Mbytes ou Mo
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Réseau
Bus SCSI: 4 Mbps
Firewire : 400 Mbps
Logiciel
Systèmes d’exploitation
Navigateur Internet
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Unité 1: Historique et présentation générale
Loi de Moore
Transistors
109
108
107
106
105
104
103
Pentium III, Itanium
Pentium IV
Pentium Pro
80486
Pentium
80286
80386
8080
8086
4004
1970 75 80 85 90 952000 05
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Unité 1: Historique et présentation générale
Loi de Moore
DRAM (bits)
109
108
107
106
105
104
103
1970 75 80 85 90 952000 05
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Unité 1: Historique et présentation générale
Évolution de la famille Intel
Date Microprocesseur Transistors
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
134 000
275 000
1 200 000
3 100 000
5 500 000
9 500 000
15 000 000
?
Largeur Bus Fréquence
traits (bits)
10 µm
4
108 KHz
6 µm
8
2 MHz
3 µm
16
8 MHz
1,5 µm 16
10 MHz
1,0 µm 32
25 MHz
0,8 µm 32
33 MHz
0,8 µm 32
100 MHz
0,32 µm 64
200 MHz
0,25 µm 64
1,13 GHz
0,18 µm 128
?
0,18 µm 64
> 1 GHz
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Unité 1: Historique et présentation générale
Principaux acteurs du monde de l’informatique
Microsoft
Oracle
Netscape
Logiciel
(Applications)
Réseau
(Networking)
Traitement
(Computing)
Cisco
3Com
Bay Networks
Novell
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Intel
IBM
SGI
Motorola
Sun
HP
NEC
Hitachi
Fujitsu
Apple
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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 ordinateurs
Programmes 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 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
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Unité 1: Historique et présentation générale
2.6 Principes de fonctionnement
Ordinateur
Unité centrale
de traitement
Unité de contrôle
ou
Unité de commande
Mémoire
Cache
Unité arithmétique
et logique
ou
Unité de traitement
ou
Unité de calcul
Instructions
Mémoire centrale
ou principale
Données
Unités d’entrée/sortie
ou d’I/O
Contrôleur de
périphériques
Carte
réseau
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Unité 1: Historique et présentation générale
Autre représentation
Bus de données
Mémoire
Centrale
Unité
d ’E/S
Périphériques
CPU
Bus d ’adresses
Bus de contrôle
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Unité 1: Historique et présentation générale
2.6 Principes de fonctionnement
CPU
Mémoire centrale
Reg Adr
Reg Mot
résultats
adresse
mot
instruction mémoire
PC ou CO
RI
Horloge
Unité de
commande
Décodeur
Séquenceur
État
Unité arithmétique
et logique
Unité de calcul
opérandes
Registres
résultat
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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
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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
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