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Introduction  Découvrir les éléments constitutifs d’un « ordinateur »  Comprendre l’organisation fonctionnelle d’une machine  Appréhender l’architecture des microprocesseurs  Découvrir les critères d’évolution François Médevielle - UPSTI -

Intel inside… La boîte noire François Médevielle - UPSTI - Face avantFace arrière Port PS/2 Port parallèle Port réseau RJ45 Port Série COM1 Port VGA de la carte vidéo intégrée Port USB

Intel inside… La boîte noire François Médevielle - UPSTI - Port VGA Port DVI DVI-I Dual Link Port HDMI

La boîte de Pandore? François Médevielle - UPSTI - Processeur et son ventilateur Chipset RAM Carte graphique Disque dur

La carte mère  Le processeur  La mémoire vive ( RAM )  L’horloge interne  Le BIOS  La mémoire CMOS  Le chipset  Une carte graphique intégrée ( ? )  Une carte son intégrée  Un ensemble de contrôleurs d’E/S  Des cartes d’extensions François Médevielle - UPSTI -

Architecture standard François Médevielle - UPSTI - North Bridge South Bridge Processeur + Cache Mémoire Disque dur Lecteur DVD EPROM BIOS Cartes d’extension USB RJ45 PS/2 SATA PCI-E Bus processeur Bus mémoire Chipset

François Médevielle - UPSTI - ChipsetDescription North BridgeGère les échanges entre le processeur, la mémoire et le bus AGP South BridgeGère les échanges avec les disques durs, le lecteur DVD, les cartes d’extension, l’EPROM du BIOS, l’horloge et la mémoire CMOS, les bus USB, FireWire, le réseau, etc.

North et South Bridges  Séparés  Rassemblés dans une seule puce  Rassemblés dans une seule puce avec le processeur  North avec processeur François Médevielle - UPSTI -

Le microprocesseur François Médevielle - UPSTI -

Le microprocesseur  Fonction : unité de traitement  Le plus souvent intégré dans une seule puce  Exécute les programmes stockés en mémoire principale :  Charge les instructions  Décode les instructions  Exécute séquentiellement les instructions François Médevielle - UPSTI -

Structure élémentaire François Médevielle - UPSTI - Unité de commande UAL Registres PCPC RIRI … Mémoire principale Disque dur Bus  Unité de commande :  Récupère instructions en mémoire principale  Charge les instructions  Décode les instructions  UAL :  exécute les opérations Unité Centrale

Structure élémentaire  UC :  Dispose de sa mémoire de travail  Intérêt :  Accès extrêmement rapides car intégrée dans la même puce donc forte amélioration des performances François Médevielle - UPSTI - Unité de commande UAL Registres PCPC RIRI … Mémoire principale Disque dur Bus Unité Centrale

Structure élémentaire  Les registres ( PC, RI, etc. ) :  Inclus dans la mémoire de travail  Interviennent dans le traitement des instructions et l’accès à la mémoire de programme François Médevielle - UPSTI - Unité de commande UAL Registres PCPC RIRI … Mémoire principale Disque dur Bus Unité Centrale

ALU  ALU : en français UAL  Unité Arithmétique et Logique  Sa structure définit le chemin des données ( data path cycle )  Son fonctionnement définit le temps de cycle de chaque instruction François Médevielle - UPSTI -

ALU : Data Path Cycle François Médevielle - UPSTI - A + B A B AB UAL A + B Registres Registres d’entrée de l’UAL Registres de sortie de l’UAL

ALU : Data Path Cycle  Opération sur 2 opérandes A et B :  Identification des registres contenant les opérandes  Identification de l’instruction  Stockage successif de A et B  Addition  Stockage du résultat  Stockage dans le registre François Médevielle - UPSTI - A + B A B AB UAL A + B

Architecture classique monoprocesseur François Médevielle - UPSTI - Cache instruction L1 Unité de traitement de l’adressage virtuel + cache de traduction d’adresse Unité de contrôle des instructions Registres entiers Unité d’exécution entiers Registres flottants Unité d’exécution flottants Cache données L1 Interface Bus Interface Cache L2 Intégré au µP Externe au µP

Architecture multicoeurs et évolutions récentes François Médevielle - UPSTI -  Cache L3 partagé  Intégration du North Bridge :  Contrôleur PCI-E  Contrôleur mémoire  Circuit graphique amélioré ( iGFX )

Classification des architectures François Médevielle - UPSTI - ArchitectureDescription CISC ( Complex Instruction Set Computer ) Processeurs à Jeu d'Instructions Complexe Famille des processeurs grand public INTEL RISC ( Reduced Instruction Set Computer ) Processeurs à Jeu d'Instructions Réduit DSP ( Digital Signal Processor ) Processeurs de Traitement du Signal Dédiés aux applications de synthèse vocale, reconnaissance vocale, traitement vidéo, etc. RéseauDédiés aux applications serveurs

Critères de développement  Systèmes embarqué ou non ( portables, tablettes, smartphones, baladeurs, PC de bureau,ordinateurs de bord d'automobile, etc. )  Systèmes d'usage général ou dédiés ( acquisition et traitement de type API, traitement du signal ( audio ou vidéo ), PC de burea u, consoles de jeu, etc. ) François Médevielle - UPSTI -

Critères de performance  Description algorithmique optimale  Performances du compilateur ( ou de l'interpréteur... )  Adéquation de l'architecture au vu du problème posé François Médevielle - UPSTI -

Performances matérielles  la fréquence de son horloge ( les fameux GHz... )  s'il est ou non multicoeurs...  la taille de sa mémoire Cache  s'il intègre ou non une partie ( et laquelle ? ) du chipset...  etc. François Médevielle - UPSTI -

Loi de Moore  Gordon Moore, cofondateur d’Intel  1965 : nb de tr intégré x2 tous les 18 mois jusqu’en 1975 François Médevielle - UPSTI -

Loi de Moore François Médevielle - UPSTI -

La mémoire vive François Médevielle - UPSTI -

Mémoires ROM  Read Only Memory  Temps d’accès : quelques dizaines de ns  Capacité : varie selon les types, mais jusqu’à plusieurs centaines de Go  SSD, puce BIOS, CMOS, clefs USB François Médevielle - UPSTI -

Mémoires RAM  Random Access Memory  Temps d’accès : quelques nanosecondes  Capacité : de l’ordre de quelques Go François Médevielle - UPSTI -

Le disque dur magnétique François Médevielle - UPSTI -

Principe de fonctionnement François Médevielle - UPSTI -