Architecture des ordinateurs - GEEA.ORG

1 Informatique Industrielle Ann e 2004 - 2005 Architecture des ordinateurs Note de cours 21 GENERALITES 5 INTRODUCTION 5 QU ENTEND-T-ON PAR Architecture ? 5 QU EST CE QU UN MICROPROCESSEUR ? 5 RAPPELS 6 OU TROUVE-T-ON DES SYSTEMES A MICROPROCESSEUR ? 6 2 Architecture DE BASE 7 MODELE DE VON NEUMANN 7 L UNITE CENTRALE 7 LA MEMOIRE PRINCIPALE 7 LES INTERFACES D ENTREES/SORTIES 8 LES BUS 8 DECODAGE D ADRESSES 8 3 LES MEMOIRES 9 ORGANISATION D UNE MEMOIRE 9 CARACTERISTIQUES D UNE MEMOIRE 10 DIFFERENTS TYPES DE MEMOIRE 11 LES MEMOIRES VIVES (RAM)

2 11 Les RAM statiques 11 Les RAM dynamiques 11 Conclusions 12 LES MEMOIRES MORTES (ROM) 12 LA ROM 13 La PROM 13 L EPROM ou UV-EPROM 14 L EEPROM 14 La FLASH EPROM 15 CRITERES DE CHOIX D UNE MEMOIRE 16 NOTION DE HIERARCHIE MEMOIRE 16 4 LE

3 MICROPROCESSEUR 18 Architecture DE BASE D UN MICROPROCESSEUR 18 L UNITE DE COMMANDE 18 L UNITE DE TRAITEMENT 19 SCHEMA FONCTIONNEL 19 CYCLE D EXECUTION D UNE INSTRUCTION 20 JEU D INSTRUCTIONS 22 DEFINITION 22 TYPE D INSTRUCTIONS 22 CODAGE 22 MODE D ADRESSAGE 22 TEMPS D EXECUTION 22 LANGAGE DE PROGRAMMATION 23 PERFORMANCES D UN MICROPROCESSEUR 23 NOTION D Architecture RISC ET CISC

4 24 L Architecture CISC 24 Pourquoi 24 Comment 24 L Architecture RISC 24 Pourquoi 24 Comment 24 COMPARAISON 25 AMELIORATIONS DE L Architecture DE BASE 25 Architecture PIPELINE 25 Principe 25 Gain de performance 26 Probl mes 27 NOTION DE CACHE MEMOIRE 27 Probl me pos 27 Principe 28 Architecture SUPERSCALAIRE 29 Architecture PIPELINE ET SUPERSCALAIRE

5 29 PROCESSEURS SPECIAUX 30 LE MICROCONTROLEUR 30 LE PROCESSEUR DE SIGNAL 30 EXEMPLES 30 AMD ATHLON : 30 INTEL PENTIUM III 31 5 LES ECHANGES DE DONNEES 33 L INTERFACE D ENTREE/SORTIE 33 ROLE 33 CONSTITUTION 33 TECHNIQUES D ECHANGE DE DONNEES 34 ECHANGE PROGRAMME 34 Scrutation 34 Interruption 34 ECHANGE DIRECT AVEC LA MEMOIRE

6 35 TYPES DE LIAISONS 36 LIAISON PARALLELE 36 LIAISON SERIE 36 NOTION DE RESEAU 38 INTRODUCTION 38 LE MODELE OSI 39 CLASSIFICATION DES RESEAUX 40 TOPOLOGIE DES RESEAUX 41 6 UN EXEMPLE - LE PC 43 L UNITE CENTRALE 43 LA CARTE MERE 43 LE MICROPROCESSEUR 46 LA MEMOIRE 48 LA CARTE VIDEO 49 Le GPU 50 La m moire vid o 50 Le RAMDAC 50 Les entr es/sorties vid o 51 LES PERIPHERIQUES INTERNES DE STOCKAGE 51 Le disque dur 51 Les disques optiques

7 52 4 51 G n ralit s Introduction L'informatique, contraction d'information et automatique, est la science du traitement de l'information. Apparue au milieu du 20 me si cle, elle a connu une volution extr mement rapide. A sa motivation initiale qui tait de faciliter et d'acc l rer le calcul, se sont ajout es de nombreuses fonctionnalit s, comme l'automatisation, le contr le et la commande de processus, la communication ou le partage de l'information. Le cours d Architecture des syst mes microprocesseurs expose les principes de base du traitement programm de l information.

8 La mise en uvre de ces syst mes s appuie sur deux modes de r alisation distincts, le mat riel et le logiciel. Le mat riel (hardware) correspond l aspect concret du syst me : unit centrale, m moire, organes d entr es-sorties, Le logiciel (software) correspond un ensemble d instructions , appel programme, qui sont contenues dans les diff rentes m moires du syst me et qui d finissent les actions effectu es par le mat riel. Qu entend-t-on par Architecture ? L' Architecture d'un syst me microprocesseur repr sente l organisation de ses diff rentes unit s et de leurs interconnexions. Le choix d'une Architecture est toujours le r sultat d'un compromis : - entre performances et co ts - entre efficacit et facilit de construction - entre performances d'ensemble et facilit de programmation - etc.

9 Qu est ce qu un microprocesseur ? Un microprocesseur est un circuit int gr complexe. Il r sulte de l int gration sur une puce de fonctions logiques combinatoires (logiques et/ou arithm tique) et s quentielles (registres, compteur, ). Il est capable d'interpr ter et d'ex cuter les instructions d'un programme. Son domaine d utilisation est donc presque illimit . Le concept de microprocesseur a t cr par la Soci t Intel. Cette Soci t , cr e en 1968, tait sp cialis e dans la conception et la fabrication de puces m moire. la demande de deux de ses clients fabricants de calculatrices et de terminaux Intel tudia une unit de calcul impl ment e sur une seule puce.

10 Ceci donna naissance, en 1971, au premier microprocesseur, le 4004, qui tait une unit de calcul 4 bits fonctionnant 108 kHz. Il r sultait de l int gration d environ 2300 transistors. Remarques : La r alisation de circuits int gr s de plus en plus complexe a t rendue possible par l apparition du transistor en 1947. Il a fallu attendre 1958 pour voir appara tre le 1ier circuit int gr r alis par Texas Instrument. Chapitre1 Rappels Les informations trait es par un microprocesseur sont de diff rents types (nombres, instructions, images, vid o, ) m