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3/19/13 Architecture des ordinateurs FILIERE : Ingénierie informatique ADIL RIZ

3/19/13 Architecture des ordinateurs FILIERE : Ingénierie informatique ADIL RIZKI Mars 2013 ENITE 1ére année ARCHITECTURE DES ORDINATEURS FORMATION Initiale 11 3/19/13 Architecture des ordinateurs 22 Carte mère Abit KT7A (1/3) Support du processeur (AMD Athlon ou Duron) Slots mémoire (SDRAM) Connecteur s PCI Connecteur s ISA Ventilateu r du Chipset Connecteurs IDE I/O ‘s Connecteur AGP 3/19/13 Architecture des ordinateurs 33 Carte ABIT KT7A : T opologie (2/3) 3/19/13 Architecture des ordinateurs 44 Carte ABIT KT7A : Diagramme (3/3) 3/19/13 Architecture des ordinateurs 55 Modèle en couches 6 Programmes d'application (Traitement de texte, PAO, Jeux, …) 5 Langages de programmation (Fortran, Cobol, C, C++, Java, …) 4 Langage assembleur (Langage natif symbolique de la machine) 3 Noyau du système d'exploitation (Gestion des taches, des ressources : mémoire, I/Os,…) 2 Langage machine : jeu d’instructions (Langage natif du processeur) 1 Langage de microprogrammation 0 Logique numérique (Couche matérielle : circuits logiques, électroniques) 3/19/13 Architecture des ordinateurs 66 Historique : les théoriciens • Antiquité : Aristote fonde les bases de la Logique • ≈ 1675 : Leibnitz invente le système binaire moderne (0 et 1) • 1854 : Boole publie « The Mathematical Analysis of Logic » qui décrit un système de logique symbolique à la base des machines modernes: l’algèbre de Boole. • 1936 : Turing définit la machine qui porte son nom • 1938 : Shannon fait la synthèse entre l’algèbre de Boole et les circuits électriques. • 1945 : Von Neumann définit l’architecture des ordinateurs modernes • 1948 : Shannon pose les bases de la théorie de l’information. 3/19/13 Architecture des ordinateurs 77 Historique : les réalisations • 1623 : Schickard conçoit la première machine à calculer • 1642: Pascal réalise la Pascaline (addition, soustraction) • 1694: Leibniz : ajoute la multiplication et la division • 1728 : Falcon : commande pour métiers à tisser • 1805 : Jacquard : programmation par cartons perforées articulés • 1840 : Babbage : Machine analytique • 1884 : Hollerith : tabulatrice à cartes perforées • 1945 : Von Neumann définit l’architecture de l’ordinateur universel • 1949 : Wilkes réalise à Cambridge le premier ordinateur : l’ EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) 3/19/13 Architecture des ordinateurs 88 Historique : les étapes technologiques • 1890 : Carte perforée (Hermann Hollerith) • 1904 : Tube à vide : diode (John Fleming) triode • 1947 : Transistors (Schockley, Brattain, Bardein) • 1950 : Mémoires à T ores (Papian) • 1958 : Circuits intégrés (Killy) 3/19/13 Architecture des ordinateurs 99 Historique : l’évolution technologique § < 1900 : Calcul mécanique Génération 0 § 1946-1957 : Tubes à vide Génération 1 § 1958-1964 : Transistors et circuits discrets Génération 2 § 1965- : SSI (Small Scale Integration) Génération 3 - jusqu’à 100 circuits par puce § -1970 : MSI (Medium Scale Integration) de 100 à 3000 circuits par puce § 1971-1977 : LSI (Large Scale Integration) de 3000 à 100 000 circuits par puce § 1978-2002 : VLSI (Very Large Scale Integration) Génération 4 de 105 à 108 circuits par puce § Demain : ULSI (Ultra Large Scale Integration) > 108 circuits par puce 3/19/13 Architecture des ordinateurs 1010 Historique : Loi de Moore (1/2) • Loi de Gordon Moore (Cofondateur d’Intel) • Augmentation de la densité des composants : Le nombre de transistors sur une puce double tous les 18 mois. • Le coût d’une puce reste pratiquement constant. • L’augmentation de la densité des circuits s’accompagne: ü d’une augmentation de performance, ü d’une réduction de la consommation électrique, ü D’une augmentation de la fiabilité. 3/19/13 Architecture des ordinateurs 1111 Historique : Loi de Moore (2/2) (source : http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm ) 3/19/13 Architecture des di t 1212 Historique : Évolution des Processeurs Date Processeur Nb Transistors Sérigraphie Largeur bus Mémoire Horloge 1971 4004 2 300 10,00 µm 4 bits 640 octets 108 KHz 1972 8008 6 000 6,00 µm 8 bits 16 Ko 200 KHz 1974 8080 4,500 6,00 µm 8 bits 64 Ko 2 MHz 1978 8086 29 000 3,00µm 16 bits 1 Mo 8 MHz 1982 80286 134 000 1,50 µm 16 bits 16 Mo 10 MHz 1985 80386 275 000 1,50 µm 32 bits 4 Go 16 MHz 1989 80486 1 200 000 1,00 µm 32 bits 4 Go 25 MHz 1994 Pentium 3 100 000 0,80 µm 32 bits 4 Go 66 MHz 1995 Pentium Pro 5 500 000 0,35 µm 64 bits 64 Go 150 à 200 MHz 1997 Pentium II 7 500 000 0,35 µm 64 bits 64 Go 233 à 300 MHz 1999 Pentium III 9 500 000 0,25 µm 64 bits 64 Go 450 à 600 MHz 2000 Pentium IV 42 000 000 0,18 µm 64 bits 64 Go 1,4 à 1,5 GHz 2002 55 000 000 0,13 µm 64 bits 64 Go Up to 2,8 GHZ (source : http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm ) 3/19/13 Architecture des di t 1313 Historique : la première machine • 1642 La Pascaline inventée par Blaise Pascal Additions et soustraction de nombres décimaux Déta il Machine ouverte Machine à 8 chiffres 3/19/13 Architecture des ordinateurs 1414 Historique : les premières machines • 1945 l’ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) 18000 T ubes – 30 tonnes Multiplie 2 nombres de 10 chiffres en 3 millisecondes Câblage du programme Changement d’une lampe 3/19/13 Architecture des di t 1515 Historique : quelques machines intermédiaires • 1964 IBM lance la famille 360 des ordinateurs compatibles Début de l’ère des « Mainframes » • 1980 IBM sort le PC (Personal Computer) Début de l’ère de l’informatique individuelle 3/19/13 Architecture des di t 1616 Historique : les machines en 2002 (1/2) • 2002 Ordinateur de bureau (DeskT op) • 2002 Ordinateurs Portable et Ultraportable HP omnibook 510 • Latest Intel processors 1.20-GHz, Mobile Intel® Pentium® III Processor- M • Integrated 802.11b wireless LAN technology Apple iMac • Power PC G4 Processor • 15 inches flat pannel LCD Display 3/19/13 Architecture des di t 1717 Historique : les machines en 2002 (2/2) • 2002 Station de T ravail (Workstation) • 2002 Serveurs / Mainframe IBM eServer zSERIES 900 • Main Memory Up to 64 Go • 64 bits Architecture • Up to two 1.05-GHz UltraSPARC® III Cu processors • 64 bits Architecture • up to 8 GB of main memory • up to 146 GB disk storage. Sun Blade[tm] 2000 3/19/13 Architecture des ordinateurs 1.1 « Préhistoire » des ordinateurs • Les premières machines à calculer étaient purement mécaniques : bouliers, abaques, ... (antiquité). • Première vraie machine à calculer : Pascal, 1642, machine à additionner. • Machine à multiplier : Leibniz, 1694, basée sur les travaux de John Neper 1818 3/19/13 Architecture des ordinateurs 1.2 Machines électromécaniques • Machine à calculer à cartes perforées : Hermann Hollerith, 1885, facilite le recensement américain. • Machines industrielles pour la comptabilité et les statistiques. Ces machines sont à base de relais électromécaniques (Aiken et Stibitz, 1936-1939). 1919 3/19/13 Architecture des ordinateurs 1.3 Machines électroniques • Première machine à calculer électronique : ENIAC, 1944, Eckert et Mauchly, 18000 tubes électroniques, machine à programme câblé. • Machine à programme enregistré: John Von Neumann, 1946, les instructions sont enregistrées dans la mémoire du calculateur : ordinateur. 2020 3/19/13 Architecture des ordinateurs • Micro-ordinateurs : 1969-70, utilisation des circuits intégrés LSI. • Premier microprocesseur : Intel, 1971, microprocesseur 4004, puis 8008, premier micro-ordinateur : le Micral, 1973, France, puis l’Altair, 1975, Etats-Unis. • Autres microprocesseurs : 8080 et 2121 3/19/13 Architecture des ordinateurs 1.4 Machines actuelles • Ordinateurs de plus en plus puissants, basés sur des microprocesseurs performants : Pentium, Power PC, ... • Nouvelles architectures de microprocesseurs : RISC. • Applications multimédia, réseaux, ... 2222 3/19/13 Architecture des ordinateurs 2.1 Structure d’un calculateur 2323 3/19/13 Architecture des ordinateurs Structure d’un calculateur • L’élément de base d’un calculateur est constitué par l’unité centrale de traitement (UCT) Ou CPU : Central Processing Unit). • La CPU est constituée : – d’une unité arithmétique et logique (UAL): c’est l’organe de calcul du calculateur; – de registres : zones de stockage des 2424 3/19/13 Architecture des ordinateurs Structure d’un calculateur • L’unité d’entrées/sorties (E/S) est un intermédiaire entre le calculateur et le monde extérieur. • L’unité de transfert est le support matériel de la circulation des données. • Les échanges d’ordres et de données dans le calculateur sont synchronisés 2525 3/19/13 Architecture des ordinateurs 2.2 Organisation de la mémoire centrale • La mémoire peut être vue comme un ensemble de cellules ou cases contenant chacune une information : – une instruction 2626 3/19/13 Architecture des ordinateurs 2.3 Circulation de l’information dans un calculateur • La réalisation matérielle des ordinateurs est généralement basée sur l’architecture de Von Neumann: Périphéri ques 2727 3/19/13 Architecture des ordinateurs • Le P échange des informations avec μ la mémoire et l’unité d’E/S, sous forme de mots binaires, au moyen d’un ensemble de connexions appelé bus. Périphé riques 2828 3/19/13 Architecture des ordinateurs Le bus • Le bus peut être décomposé en trois bus distincts : – le bus d’adresses permet au P de spécifier μ l’adresse uploads/Ingenierie_Lourd/ assembleur-pdf.pdf