Ce videoclip produit par l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne fait partie de son cours d’introduction à l’information, à la communication, et au calcul. Il s’inscrit dans le 3e module de ce cours qui porte sur le fonctionnement et la sécurité des systèmes informatiques.

La question de ce module Comment fonctionnent et avec quoi sont fabriqués les systèmes informatiques capables se traiter de l’information avec des algorithmes ? Comme mentionné dans la précédente série de videoclips, ce module vise à expliquer comment fonctionnent et avec quoi sont fabriqués les systèmes informatiques capables de traiter des données avec des algorithmes ?

La réponse de ce module Grâce à trois technologies … Des transistors (pour le processeur et la mémoire vive) Des disques et autres flashes (pour les mémoires mortes) Des réseaux (pour les communications entre machines et utilisateurs) … qui demandent un permis de conduire La sécurité informatique Les deux séries de videoclips précédentes ont suggéré superficiellement comment construire des ordinateurs à partir de transistors et comment le matériel informatique gère le mouvement des données entre des niveaux hiérarchiques de mémoires vives de façon automatique. La présente série de vidéoclips va porter sur la gestion fort différente des données résidant à long terme sur les mémoires mortes.

Où en sommes-nous ? 1 GHz clock Mémoire FLASH Stockage Disque dur vitesse capacité Proc 1 GHz clock Défauts de cache Taille des blocs 1-10ns, 100MB Mémoire on-chip 1 Nous avons vu que pour des raisons économiques la mémoire d’un ordinateur fait appel à une multitude de technologies offrant performances, coûts et donc tailles fort différentes. 2 Nous avons vu que le mouvement des données entre niveaux hiérarchiques de mémoires vives est géré automatiquement par le matériel informatique sur base de l’algorithme LRU qui est un bon prédicteur de la localité spatio-temporelle d’un programme … 3 … et permet donc de simuler une mémoire pratiquement aussi rapide que le processeur et en même temps pratiquement aussi grande et aussi économique que les mémoires vives les moins coûteuses. 4 La gestion des données résidant à long terme sur les mémoires mortes n’est cependant pas assurée de façon automatique par le matériel mais bien de façon semi-automatique par le logiciel. Le transfert de ces données entre mémoires mortes et mémoires vives est certes automatique. Par contre il faut au préalable indiquer à l’ordinateur OU et COMMENT retrouver les données sur les mémoires mortes. C’est le thème de cette nouvelle série de videoclips. 5 Le résultat d’une telle gestion est qu’elle maintient au travers de tous les niveaux de mémoire l’illusion d’une mémoire totale virtuellement aussi rapide que le processeur et en même temps virtuellement aussi grande et aussi économique que les mémoires mortes les moins coûteuses. Mémoire Gestion LRU automatique Mémoire off-chip 100ns, 100GB FLASH Performance Capacité 10µs, 1TB Disque dur Stockage Gestion semi-automatique 1ms, 1TB Bande magnétique minutes, 1PB Semi-automatique = transfert automatique après localisation “manuelle”

La raison d’être du stockage La mémoire centrale est Volatile Trop chère Trop petite Le stockage est donc nécessaire Pour retenir toutes les données à coût honorable et à long terme Le transfert des données entre stockage  mémoire est semi-automatique Il s’effectue par pages de quelques Ko au lieu de blocs de quelques octets Il est régi par le même principe de localité que le transfert mémoire  cache Avec le même succès sur le plan des performances grâce au même algorithme LRU Mais il exige de diriger le système pour localiser les données selon les besoins => Où et comment stocker des données de façon à les retrouver? Nous avons vu dans les clips précédents que mémoire centrale, cache et registres du processeur, bien qu’offrant des performances, des coûts et donc des tailles fort différentes, sont toutes volatiles, encore trop chères, et donc trop petites pour contenir toutes les données dont un ordinateur a besoin à long terme. 1 On est donc bien obligé de recourir à des mémoires mortes non-volatiles et surtout moins chères et donc plus grandes pour stocker toutes les données dont un ordinateur a besoin à long terme. 2 Le mouvement des données entre mémoires mortes et mémoires vives ne s’effectue cependant pas par blocs de quelques octets mais bien par pages de quelques Ko. Il est régi par le même principe de localité que le transfert entre mémoire centrale et cache et fonctionne avec le même succès sur le plan des performances grâce au même algorithme LRU. Par contre il exige de diriger le système pour localiser les données selon les besoins … 3 … parce que quand un programme démarre, l’ordinateur ne peut pas deviner où et comment retrouver son code et ses données sur les mémoires mortes.

séquentielles, hiérarchiques, relationnelles, maillées Plan de la leçon Besoin de structure dans le stockage des données Types de structures de stockage séquentielles, hiérarchiques, relationnelles, maillées Identification, localisation, et accès à des données stockées Systèmes de fichiers Bases de données Les 5 videoclips suivants vont esquisser tour à tour 1 1°/ le besoin de structure dans le stockage des données 2 2°/ les types de structures de stockage existant, séquentielles, hiérarchiques, relationnelles, maillées 3 3°/ comment identifier, localiser, et accéder à des données stockées en mémoires mortes 4 4°/ comment fonctionnent les systèmes de fichiers, et enfin 5 5°/ comment fonctionnent les bases de données