ORDINATEUR Tres Important

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    05-Aug-2015

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<p>I.E.P.S.C.F. Marche en Famenne</p> <p>Structure des Ordinateurs</p> <p>1. INTRODUCTION1.1. Prambule. Un ordinateur est une machine capable de rsoudre des problmes en appliquant des instructions pralablement dfinies. La suite des instructions dcrivant la faon dont l'ordinateur doit effectuer un certain travail est appele programme. Les circuits lectroniques de chaque ordinateur ne pouvant reconnatre et excuter directement qu'un nombre trs limit d'instructions, tout programme doit tre, avant son excution, converti pour n'tre exprim qu'avec ces instructions. Celles-ci sont du genre : additionner deux nombres voir si un nombre est nul changer d'emplacement mmoire une donne</p> <p>L'ensemble des instructions excutables directement par un ordinateur forme un langage qui permet aux utilisateurs de communiquer avec cet ordinateur. On parle de langage machine. Les concepteurs de l'ordinateur l'on cr avec des instructions les plus simples possible ( ceci rduit les cots ). Ceci a pour consquence que le langage de la machine en est d'autant plus compliqu. Il devient quasi impossible de programmer de cette faon. Pour rsoudre ce problme, le programmeur va crire dans un langage qui sera converti en langage machine. Deux possibilits existent :</p> <p>le langage de programmation est traduit : chaque instruction du langage de programmation est remplace par l' ( ou les ) instruction(s) quivalente(s) en langage machine. Cette traduction constitue le programme quivalent en langage machine. Il peut donc tre excut par l'ordinateur. Nous ne parlerons pas de langage traduit mais de programme compil. le langage de programmation est interprt : chaque instruction est remplace par son quivalent en langage machine qui sera immdiatement excute par l'ordinateur.</p> <p>On peut comparer ces deux faons de travailler celles des traducteurs et interprtes pour les langues trangres. La compilation traduit une fois pour toute un programme dans sa version langage machine, ce qui permet une plus grande rapidit lors de l'excution. Toutefois, si vous modifiez une instruction, il faut recompiler tout le programme. C'est la mme chose quand vous changez de type de machine avec un autre langage machine. L'interprtation impose la conversion chaque excution du programme. Ceci ralentit considrablement son excution. Toutefois, si vous changez de machine, il n'y a rien adapter. Le langage JAVA est interprt, tandis que le C, le COBOL, le PASCAL sont compils. Plus un langage de programmation est proche de la machine, plus il est rapide mais moins facile crire. Plus un langage est facile crire ( on parle de langage volu ) et moins vite il s'excutera. La langage le plus proche du langage machine est appel langage assembler ( assembleur en franais ). Chaque type de machine a son propre assembler ( ainsi, l'assembler micro est radicalement diffrent de l'assembler 370 des IBM ). Je vous montrerai un exemple de chaque sorte, tout en signalant qu'il est impossible de le transporter sur l'autre type de machine. Il est possible d'crire un programme en Assembler mais ceci demande une quantit norme d'instructions peu parlantes ( sauf pour certains ) et donc un risque norme de fautes ( des bugs ). Les programmeurs systme l'utilisent rgulirement pour programmer un composant matriel. Les langages volus et donc faciles ( hum ? hum ? ) utiliser comme le PASCAL, le JAVA, le C, le COBOL, le Fortran, le BASIC, permettent une programmation plus rapide et plus sre mais sont moins proches de la machine et plus lents. Ils demandent moins d'instructions ( en gnral, une instruction en L.E. est traduite en plusieurs instructions en L.A. ) et sont trs lisibles ( hum ? hum ? ).</p> <p>eric.brasseur@village.uunet.be</p> <p>-1-</p> <p>I.E.P.S.C.F. Marche en Famenne</p> <p>Structure des Ordinateurs</p> <p>Nous n'tudierons pas l'Assembler dans ce graduat. Je conseille toutefois ceux qui veulent connatre le fonctionnement de l'ordinateur de s'en proccuper. 1.2. Le modle six couches. Actuellement, un ordinateur est compos de plusieurs niveaux ( ou couches ) ( ou machines virtuelles ). Voici un schma simplifi de ces couches : Couche 5 : couche des langages d'application ou volus.</p> <p>Traduction ( par compilateur ou interprte )</p> <p>Couche 4 : couche du langage assembler</p> <p>Traduction ( assembler )</p> <p>Couche 3 : couche du systme d'exploitation</p> <p>Interprtation partielle ( systme d'exploitation )</p> <p>Couche 2 : couche machine traditionnelle</p> <p>Interprtation ( microprogramme )</p> <p>Couche 1 : couche microprogramme</p> <p>Excution directe du microprogramme par le matriel Couche 0 : couche physique</p> <p>Nous allons tudier ces diffrentes couches pour que vous compreniez bien le chemin parcouru par les programmes que vous serez amens raliser plus tard. Retenez pour l'instant que votre programme ( couche 5 ) sera traduit successivement jusque la couche 0. L'idal serait de disposer d'une machine capable d'utiliser votre programme directement sans traduction : autrement dit : que le langage machine de</p> <p>eric.brasseur@village.uunet.be</p> <p>-2-</p> <p>I.E.P.S.C.F. Marche en Famenne</p> <p>Structure des Ordinateurs</p> <p>votre ordinateur soit le langage dans lequel vous crivez. Ce n'est pas impossible, mais ce serait particulirement coteux et difficile mettre au point ( voir SUN et JAVA ?) 1.3. Bref historique de l'ordinateur. Je ne cite ici que les ordinateurs qui ont marqu l'histoire et je prcise pourquoi. Anne Nom 1642 1673 1834 Mach. Analytique Constructeur Pascal Leibniz Babbage On retient Engrenages Engrenages Cartes perfores donc premier langage (crit par Ada Byron ) calculateur lectronique Caractristiques Additions et soustractions + multiplications et divisions magasin mmoire moulin de calcul lecteur de cartes impression tests conditionnels premier ordinateur relais dcodage des messages de la marine allemande rouleau perfor 18000 tubes 1500 relais 30 tonnes 140 kW 6000 commutateurs programme enregistr calcule en temps rel premier calculateur commercialis mmoire unit arithmtique unit de contrle entre sortie premier cran de visualisation premier jeu vido bandes magntiques et cartes perfores transistors outils spcifiques pour l'algol 60 puce de silicium circuits intgrs multiprogrammation mulation anciens plusieurs units de calcul</p> <p>1936 1943 1944 1946</p> <p>Z1 Colossus Mark 1 ENIAC 1</p> <p>Zuse Gouv. anglais</p> <p>Aiken Eckert/Mauchley premier tubes</p> <p>1949 1951 1951 1952</p> <p>EDSAC Whirlwind 1 UNIVAC 1 IAS</p> <p>Wilkes M.I.T. Eckert/mauchley von Neumann premier binaire</p> <p>1960</p> <p>PDP - 1</p> <p>DEC</p> <p>1961 1962 1963 1964</p> <p>1401 7094 B 5000 360</p> <p>IBM IBM Burroughs IBM</p> <p>premier miniordinateur ( 50 vendus ) machine de gestion machine scientifique langage algol 60 premire famille</p> <p>1964 1965 1970 1974 1974 1978</p> <p>6600 PDP - 8 PDP - 11 8080 Cray -1 VAX</p> <p>CDC DEC DEC Intel Cray DEC</p> <p>architecture parallle bus unique vendu + de 50000 exemplaires cot rduit ( ? ) ordinateur des universits CPU sur une puce naissance du micro super ordinateur. super-mini 32 bits</p> <p>Depuis 1980, l'explosion des ventes du micro ordinateur et son volution constante me pousse parler de l'volution des processeurs et en particulier ceux fabriqus par Intel et AMD d'un ct et ceux fabriqus par Motorola de l'autre ct.</p> <p>eric.brasseur@village.uunet.be</p> <p>-3-</p> <p>I.E.P.S.C.F. Marche en Famenne</p> <p>Structure des Ordinateurs</p> <p>1.4. La famille Intel ( + AMD ) A sa fondation en 1968, Intel fabriquait des circuits de mmoire. Intel fut le premier fabricant de CPU intgrs sur une seule puce. Ces CPU s'appelaient 4004 et 8008. On tait en 1972. Ils servaient comme contrleurs de terminaux et dans des calculatrices. En 1974, sortait le 8080. La barrire des 16 Ko de mmoire tait vaincue. En 1978, le 8086 apparaissait. C'tait un vrai processeur 16 bits. Toutefois, comme il n'tait pas parfaitement compatible avec son prdcesseur et qu'il tait coteux, Intel sortit la mme anne le 8088. Moins rapide, mais moins cher, il fut choisi par IBM pour quiper le P.C en 1980. Ce processeur est ainsi devenu le standard en matire d'ordinateur personnel. En 1982, son successeur, plus puissant et toujours compatible est n : le 80286. Il ajoute peu d'instructions de base mais casse la barrire des 1Mo de mmoire centrale : il peut adresser 16 Mo. Il quipe les AT. En 1985, le 80386 commence quiper les PC : son adressage se fait en 32 bits, ce qui permet une plage mmoire de 70 To. En 1989, c'est le tour du 80486. Il comprend un coprocesseur mathmatique intgr. En 1992, le Pentium est n. On peut dire que tous les successeurs sont bass sur la mme structure. Ils comprennent de plus en plus d'instructions de srie et sont de moins en moins coteux en lectricit car leur taille se rduit. Bien entendu, ils sont chaque fois plus puissants et donc plus performants. Intel a un grand concurrent sur le march des processeurs compatibles : A.M.D.. Au dbut, A.M.D. avait la rputation de copier les processeurs Intel. Ils portaient d'ailleurs le mme numro. ( il existait un autre fabricant : Cyrix ). A partir du pentium, les noms ont chang. Si Cyrix continuait la srie 80586 puis 80686, A.M.D. nommait ses processeurs K5 , K6 puis K7 ( ou Athlon). La guerre des prix s'est transforme en guerre des technologies car A.M.D. impose de plus en plus souvent ses processeurs avant ceux d'Intel. L'important est de savoir qu'ils sont compatibles ( sauf pour quelques instructions destines prioritairement aux jeux ). La technologie de l'un est de toute faon implmente dans la version suivante de son concurrent. Les vitesses s'expriment en Mhz et la mmoire cache en Ko. 1.5. La famille Motorola. C'est en 1975 que Motorola ( fabricant de semi-conducteurs ) sort son premier processeur : le 6800. Il ressemble trs fort au 8080 d'Intel. En 1979, Motorola ose sortir un processeur qui n'est pas compatible avec son prdcesseur ni avec ceux d'Intel ; le 68000. Le problme de la compatibilit avec les anciens modles est que vous devez freiner vos innovations. Ses registres ont une taille de 32 bits. Il est choisi par Atari, Amiga et surtout par Apple pour l'installer dans ses Macintosch. Il peut adresser 16 Mo de mmoire centrale. Les versions qui ont suivi permettront successivement l'utilisation de la mmoire virtuelle, la vraie gestion 32 bits et comprendront un coprocesseur arithmtique.</p> <p>eric.brasseur@village.uunet.be</p> <p>-4-</p> <p>I.E.P.S.C.F. Marche en Famenne</p> <p>Structure des Ordinateurs</p> <p>2. STRUCTURE D'UN ORDINATEUR.Un ordinateur est un ensemble de composants lectroniques modulaires, c'est--dire des composants pouvant tre remplacs par d'autres composants ayant ventuellement des caractristiques diffrentes. Ces composants sont architecturs autour d'une carte principale comportant de nombreux circuits intgrs (souds sur la carte) et un grand nombre de connecteurs; cette carte est appele carte-mre. La carte-mre est loge dans un botier, comportant des emplacements pour les priphriques de stockage sur la face avant, ainsi que des boutons permettant de contrler la mise sous tension de l'ordinateur et un certain nombre de voyants permettant de vrifier l'tat de marche de l'appareil et l'activit des disques durs. Sur la face arrire le botier propose des ouvertures en vis--vis des cartes d'extension et des interfaces d'entre-sortie connectes sur la carte-mre. Enfin le botier hberge une alimentation, charge de fournir un courant lectrique stable l'ensemble des lments constitutifs de l'ordinateur. On appelle unit centrale l'ensemble compos du botier et de l'ensemble des lments qu'il embarque. L'unit centrale doit tre connecte un ensemble de priphriques externes. Un ordinateur est gnralement compos au minimum d'une unit centrale, un cran (moniteur), d'un clavier et d'une souris, mais il est possible de connecter une grande diversit de priphriques externes sur les interfaces d'entre-sortie (ports sries, port parallle, port USB, port firewire, ...) : imprimante scanner priphrique de stockage externe appareil photo ou camra numrique assistant personnel (PDA) ...</p> <p>2.1. La carte mre de l'ordinateur. Prsentation de la carte-mre L'lment constitutif principal de l'ordinateur est la carte-mre, c'est sur cette carte que sont connects ou souds l'ensemble des lments essentiels de l'ordinateur. La carte-mre contient des lments embarqus (intgrs la carte) : Le chipset, circuit qui contrle la majorit des ressources (interface de bus du processeur, mmoire cache et mmoire vive, slots d'extension,...) L'horloge et la pile du CMOS Le BIOS Le bus systme</p> <p>Il existe plusieurs faons de caractriser une carte-mre: </p> <p>son facteur d'encombrement son chipset son type de support de processeur</p> <p>eric.brasseur@village.uunet.be</p> <p>-5-</p> <p>I.E.P.S.C.F. Marche en Famenne</p> <p>Structure des Ordinateurs</p> <p>Facteur d'encombrement d'une carte-mre On entend gnralement par facteur d'encombrement, la gomtrie et les dimensions de la carte-mre. Afin de fournir des cartes-mres pouvant s'adapter dans diffrents botiers de marques diffrentes, des standards ont t mis au point : Le chipset Le chipset (traduisez jeu de composants) est un circuit lectronique charg de coordonner les changes de donnes entre les divers composants de l'ordinateur (processeur, mmoire; ...). Dans la mesure o le chipset est intgr la carte-mre, il est important de choisir une carte-mre embarquant un chipset rcent afin de garantir votre PC un maximum de chances de pouvoir voluer. Certains chipsets intgrent parfois une puce graphique ou une puce audio (gnralement sur les PC bas de gamme), ce qui signifie qu'il n'est pas ncessaire d'installer une carte graphique ou une carte son. Toutefois, tant donn la pitre qualit de certains de ces composants intgrs, il est gnralement conseill de les dsactiver (lorsque cela est possible) dans le setup du BIOS et d'installer des cartes d'extension dans les emplacements prvus cet effet ! L'horloge et la pile du CMOS L'horloge temps rel (parfois note RTC, ou real time clock) est un circuit charg de la synchronisation des signaux du systme. Elle est constitue d'un cristal qui, en vibrant, donne des impulsions (appels tops d'horloge) afin de cadencer le systme. On appelle frquence de l'horloge (exprime en Mhz) le nombre de vibrations du cristal par seconde, c'est--dire le nombre de tops d'horloge mis par seconde. Plus la frquence est leve, plus il y a de tops d'horloge et donc plus le systme pourra traiter d'informations. Lorsque vous mettez votre ordinateur hors tension, l'alimentation cesse de fournir du courant la cartemre. Or, lorsque vous le rebranchez, votre systme d'exploitation est toujours l'heure alors que l'unit centrale n'tait plus alimente pendant un certain temps. En ralit mme lorsque votre PC est dbranch ou qu'une panne d'lectricit intervient, un circuit lectronique appel CMOS ( Complementary Metal-Oxyde Semiconductor, parfois appel BIOS CMOS) conserve certaines informations sur le systme, y compris l'heure et la date systme. Le CMOS est continuellement aliment par une pile (au format pile bouton) situe galement sur la carte-mre. Ainsi, les informations sur le matriel install dans...</p>