Architecture et Technologies des Ordinateurs Cours dInitiation lAttention

Architecture et Technologies des Ordinateurs Cours d’Initiation à l’Attention des Étudiants de Première Année de l’IUP-MIAGE Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs Jean-Pierre Lips lips@deptinfo. unice. fr

Plan du cours q q q Introduction 1ère Partie : Concepts de base 2ème Partie : Traitement des données : les processeurs Traitement des données 3ème Partie : Stockage des informations : les mémoires Stockage des informations 4ème Partie : Transfert des informations : les bus Transfert des informations Conclusion Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 2

Plan du cours : Introduction q Introduction • Objectifs du cours • Bibliographie • Historique q 1ère Partie : Concepts de base q 2ème Partie : Traitement des données : les processeurs q 3ème Partie : Stockage des informations : les mémoires q 4ème Partie : Transfert des informations : les bus q Conclusion Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 3

Éléments d’un ordinateur Référence : Architecture et Technologie des Ordinateurs, Paolo Zanella & Yves Ligier – Dunod 2000 Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 4

Carte mère Abit KT 7 A (1/3) I/O ‘s Connecteurs PCI Support du processeur (AMD Athlon ou Duron) Connecteurs ISA Ventilateur du Chipset Connecteur AGP Slots mémoire (SDRAM) Connecteurs IDE Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 5

Carte ABIT KT 7 A : Topologie Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs (2/3) 6

Carte ABIT KT 7 A : Diagramme Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs (3/3) 7

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) Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 8

Plan du cours : Introduction q Introduction • Objectifs du cours • Bibliographie • Historique q 1ère Partie : Concepts de base q 2ème Partie : Traitement des données : les processeurs q 3ème Partie : Stockage des informations : les mémoires q 4ème Partie : Transfert des informations : les bus q Conclusion Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 9

Bibliographie n Architecture et Technologie des Ordinateurs, 3ème Edition n n Paolo Zanella & Yves Ligier – Dunod 2000 Architecture de l’Ordinateur, 4ème Edition Andrew Tanenbaum – Dunod 2001, 6ème Edition Technologie des Ordinateurs et des Réseaux Pierre-Alain Goupille – Dunod 1998 Computer Organization and Architecture, 6 th Edition William Stallings – Prentice Hall 2003 Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 10

Sources Internet (1/2) n Cours Architecture des ordinateurs (E. Viennet, M. Voisin) http: //www-gtr. iutv. univ-paris 13. fr/Cours/Mat/Architecture/Cours n Architecture des ordinateurs (Patrick Marcel) http: //www. blois. univ-tours. fr/~marcel/archi/ n Structure des ordinateurs http: //membres. lycos. fr/jfdelepi/inf_stru. htm n Cours Architecture des ordinateurs (Sylvain Tisserant) http: //marpix 1. in 2 p 3. fr/calo/my-web/archi. html n Cours Architecture des ordinateurs (David Simplot) http: //www. lifl. fr/~simplot/ens/archi/ Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 11

Sources Internet (2/2) n Technical Resource and Course Web Site for Computer Organization and Architecture, 5 th Edition by Williams Stallings http: //williamstallings. com/COA 5 e. html n De Von Neumann aux super-microprocesseurs de F. Anceau http: //lmi 17. cnam. fr/~anceau/UTLS_txt. pdf n Histoire, épistémologie de l'informatique et révolution tehnologique par Gérard VERROUST http: //hypermedia. univ-paris 8. fr/ Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 12

Plan du cours : Introduction q Introduction • Objectifs du cours • Bibliographie • Historique q 1ère Partie : Concepts de base q 2ème Partie : Traitement des données : les processeurs q 3ème Partie : Stockage des informations : les mémoires q 4ème Partie : Transfert des informations : les bus q Conclusion Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 13

Historique : les théoriciens n Antiquité : Aristote fonde les bases de la Logique n ≈ 1675 : Leibnitz invente le système binaire moderne (0 et 1) n 1854 : Boole publie « The Mathematical Analysis of Logic » n n 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. Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 14

Historique : les réalisations n n n n n 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, puis en 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) Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 15

Historique : les étapes technologiques n 1890 : Carte perforée (Hermann Hollerith) n 1904 : Tube à vide : diode (John Fleming) triode n 1947 : Transistors (Schockley, Brattain, Bardein) n 1950 : Mémoires à Tores (Papian) n 1958 : Circuits intégrés (Killy) Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 16

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) Gé jusqu’à 100 circuits par puce né -1970 : MSI (Medium Scale Integration) ra de 100 à 3000 circuits par puce ti 1971 -1977 : LSI (Large Scale Integration) on de 3000 à 100 000 circuits par puce 3 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 Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 17

Historique : Loi de Moore (1/2) n 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 ü ü d’une augmentation de performance, d’une réduction de la consommation électrique, D’une augmentation de la fiabilité. Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 18

Historique : Loi de Moore (2/2) (source : http: //www. intel. com/research/silicon/mooreslaw. htm ) Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 19

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 0, 80 µm 32 bits 4 Go 66 MHz 1995 Pentium Pro 5 500 0, 35 µm 64 bits 64 Go 150 à 200 MHz 1997 Pentium II 7 500 0, 35 µm 64 bits 64 Go 233 à 300 MHz 1999 Pentium III 9 500 0, 25 µm 64 bits 64 Go 450 à 600 MHz 42 000 0, 18 µm 64 bits 64 Go 1, 4 à 1, 5 GHz 55 000 0, 13 µm 64 bits 64 Go Up to 2, 8 GHZ 2000 Pentium IV 2002 (source : http: //www. intel. com/research/silicon/mooreslaw. htm ) Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 20

Historique : Synthèse Référence : Architecture et Technologie des Ordinateurs, Paolo Zanella & Yves Ligier – Dunod 2000 Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 21

Historique : la première machine n 1642 La Pascaline inventée par Blaise Pascal Additions et soustraction de nombres décimaux Détail Machine à 8 chiffres Machine ouverte Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 22

Historique : les premières machines n 1945 l’ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) 18000 Tubes – 30 tonnes Multiplie 2 nombres de 10 chiffres en 3 millisecondes Changement d’une lampe Année 2003 -2004 Câblage du programme Initiation à l'architecture des ordinateurs 23

Historique : quelques machines intermédiaires n 1964 IBM lance la famille 360 des ordinateurs compatibles Début de l’ère des « Mainframes » n 1980 IBM sort le PC (Personal Computer) Début de l’ère de l’informatique individuelle Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 24

Historique : les machines en 2002 n (1/2) 2002 Ordinateur de bureau (Desk. Top) • Power PC G 4 Processor • 15 inches flat pannel LCD Display Apple i. Mac n 2002 Ordinateurs Portable et Ultraportable • Latest Intel processors 1. 20 -GHz, Mobile Intel® Pentium® III Processor-M • Integrated 802. 11 b wireless LAN technology HP omnibook 510 Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 25

Historique : les machines en 2002 n (2/2) 2002 Station de Travail (Workstation) • Up to two 1. 05 -GHz Ultra. SPARC® III Cu processors • 64 bits Architecture • up to 8 GB of main memory • up to 146 GB disk storage. n 2002 Serveurs / Mainframe Sun Blade[tm] 2000 • Main Memory Up to 64 Go • 64 bits Architecture IBM e. Server z. SERIES 900 Année 2003 -2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs 26