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

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

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

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

Support du processeur (AMD Athlon ou Duron) Carte mère Abit KT7A (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

Carte ABIT KT7A : Topologie (2/3) Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

Carte ABIT KT7A : Diagramme (3/3) Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

Initiation à l'architecture des ordinateurs 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 Logique numérique (Couche matérielle : circuits logiques, électroniques) Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

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

Initiation à l'architecture des ordinateurs Bibliographie Architecture et Technologie des Ordinateurs, 3ème Edition 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, 6th Edition William Stallings – Prentice Hall 2003 Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

Initiation à l'architecture des ordinateurs Sources Internet (1/2) Cours Architecture des ordinateurs (E.Viennet, M. Voisin) http://www-gtr.iutv.univ-paris13.fr/Cours/Mat/Architecture/Cours Architecture des ordinateurs (Patrick Marcel) http://www.blois.univ-tours.fr/~marcel/archi/ Structure des ordinateurs http://membres.lycos.fr/jfdelepi/inf_stru.htm Cours Architecture des ordinateurs (Sylvain Tisserant) http://marpix1.in2p3.fr/calo/my-web/archi/archi.html Cours Architecture des ordinateurs (David Simplot) http://www.lifl.fr/~simplot/ens/archi/ D Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

Initiation à l'architecture des ordinateurs Sources Internet (2/2) Technical Resource and Course Web Site for Computer Organization and Architecture, 5th Edition by Williams Stallings http://williamstallings.com/COA5e.html De Von Neumann aux super-microprocesseurs de F. Anceau http://lmi17.cnam.fr/~anceau/UTLS/UTLS_txt.pdf Histoire, épistémologie de l'informatique et révolution tehnologique par Gérard VERROUST http://hypermedia.univ-paris8.fr/ Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

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

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. Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

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, 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

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 Tores (Papian) 1958 : Circuits intégrés (Killy) Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

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

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: 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

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

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 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 Mo 10 MHz 1985 80386 275 000 32 bits 4 Go 16 MHz 1989 80486 1 200 000 1,00 µm 25 MHz 1994 Pentium 3 100 000 0,80 µm 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 64 bits 233 à 300 MHz 1999 Pentium III 9 500 000 0,25 µm 450 à 600 MHz 2000 Pentium IV 42 000 000 0,18 µm 1,4 à 1,5 GHz 2002 55 000 000 0,13 µm Up to 2,8 GHZ (source : http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm ) Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

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

Historique : la première machine 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

Historique : les premières machines 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 Câblage du programme Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

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 Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

Historique : les machines en 2002 (1/2) 2002 Ordinateur de bureau (DeskTop) 2002 Ordinateurs Portable et Ultraportable Power PC G4 Processor 15 inches flat pannel LCD Display Apple iMac Latest Intel processors 1.20-GHz, Mobile Intel® Pentium® III Processor-M Integrated 802.11b wireless LAN technology HP omnibook 510 Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs

Historique : les machines en 2002 (2/2) 2002 Station de Travail (Workstation) 2002 Serveurs / Mainframe 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 Main Memory Up to 64 Go 64 bits Architecture IBM eServer zSERIES 900 Année 2003-2004 Initiation à l'architecture des ordinateurs