Un regard sur un ordinateur classique

Un regard sur un ordinateur classique Introduction Le model général Le processeur Le chipset La mémoire Les périphériques La loi de Moore Illusions et pièges Conclusions

Objectif Nous définirons la structure d ’un ordinateur classique au travers de matériels existants. Des paragraphes intitulés « illusions et pièges » nous mettrons en garde sur un certains nombres de difficultés et de pièges à éviter.

Le PC minimum 10/97

Un autre type

Le Pentium

Un regard sur un ordinateur classique Mémoire principale Stockage Secondaire Périphérique E/S CPU Bus Registres Le bus est l'artère centrale de communication de l’ordinateur. L'unité centrale est une collection de circuits qui gère l'activité de l’ordinateur. Une des fonctions est de chercher les instructions depuis la mémoire principale, de les décoder et de les exécuter. La mémoire principale stokes le programme en exécution et ses données La mémoire secondaire est un périphérique ou une collection de périphériques, comme des disques. Le stockage est permanent. Les périphérique d’E/S, comme des imprimantes, sont connectées via des contrôleurs. L'unité centrale de traitement est constituée de trois éléments : une UAL qui réalise les opérations arithmétique et logique, les registres qui stockent des données, l'unité de contrôle qui exécute les instruction suivant un cycle. L’instruction suivante est recherche en mémoire principale et conservée dans le registre instruction Le type de l’instruction est décodé, Les données utilisées par l’instruction sont localisées et stockées dans les registres l’instruction est exécutée. Quelques définitions : Une station de travail sans disque n’a pas de mémoire secondaire, elle reçoit les données d’une autre machine Un multiprocesseurs à plusieurs CPU. Unité de contrôle Unité Arithmétique et Logique

Illusions et pièges Illusions : Les ordinateurs ont été construits de la même façon démodée depuis bien trop longtemps, et ce modèle vieillot de calcul commence à s’essouffler. Par an des amélioration de 50% Pièges : Ignorer les progrès inexorables du matériel en concevant une nouvelle machine Essayer de prédire le prix, les performances le rapport prix/performances à plus de cinq ans dans un secteur en évolution rapide. Des exemples ont montré des rapports coût/performances environ 10 fois supérieur.

Intel Famille

Le Processeur

Le Processeur La caractéristique principale du processeur, le moteur du PC, est sa vitesse d’horloge,mesurée en mégahertz (MHz).

Les performances

Le Pentium Requête de chargement de bloc interf. bus BTB Cache instr. Bus système Adresse de branchement pris Requête de chargement de bloc interf. bus Adresse de branchement pris BTB Adresse cible Cache instr. Contrôle Vérif. Oper. V excep. Unité de pagination Appar. V Pré Charg. File B segmentation File A Appar. U Vérif. Oper. U excep. TLB Instr. 20 Bits Forts Adr physique 12 bits poids faibles adresse physique Cache données UAL V Chemin de données 32 bits 12 bits poids faibles adresse physique Chemin de données 32 bits Reg. entier 12 bits faibles adresse physique UAL U Reg. déc. 64 bits chemin données TLB données calcul flottant 20 bits poids fort adresse virtuelle 20 bits poids fort adresse virtuelle 20 bits poids fort adresse virtuelle

Les connecteurs

Les brochages du pentium Microprocesseur Pentium AHOLD EADS# INV HIT# HITM# PCD PWT KEN# WB/WT# FLUSH# EWBE# SMI# SMIACT# IU IV IBT BT3/BT0 FRCMC# IERR# BP3: 0/PM1: 0 PRDY R/S# TCK TMS TDO TDI TRST CLK A31:A3 BE7#:BE0# ADS# AP APCHK# NA# A20M# W/R#, M/IO#, D/C#, Cache#, LOCK#,SCYC D63:D0 DP7:DP0 PEN# PCHK# BRDY# BUSCHK# HOLD HLDA BOFF# BREQ FERR# IGNNE# INTR NMI INIT RESET Adresse Def. cycle bus Données

Questions à résoudre Machine A 500 MHZ Machine B 350 MHZ

Questions à résoudre Compilateur A 50000 instructions Compilateur B

Le Chipset

Le Chipset Souvent passé sous silence par les vendeurs, il a pourtant une grande importance. En effet, si le processeur est le moteur de l’ordinateur, c’est le chipset (jeu de composants) qui dirige les manœuvres. Il assure le bon fonctionnement des éléments de la carte mère

Mémoire vive

Mémoire vive A chaque mise en marche de votre PC, la mémoire vive (ou RAM) accueille le système d’exploitation et les programmes en cours de fonctionnement. Plus sa taille est grande, plus le PC est à l’aisepour travailler. Assurer vous que vous pouvez en rajouter sur des supports.

La mémoire principale L'unité de stockage est l’octet. Chaque octet à une adresse. Un octet occupe 8 bits. Un mot occupe 4 octets consécutifs commençant à 1 octet et divisible par 4. Préfixe Lettre Valeur kilo K 210 Mega M 220 Giga G 230 Tera T 240 12 12

Organisation d’une mémoire Adresse Adresse externe a=4b b b b b 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 . . . Organisation en octet Mémoire entrelacée Pour lire un mot on peut lire tour à tour chacun des quatre octets et les assembler, pour améliorer le temps on préfère utiliser des mémoire entrelacées. Chaque octet dont l’adresse externe à est telle que à est divisible par 4, apparaît dans la première unité mémoire et son adresse interne sera b si a=4b. si l’adresse est a=4b+1 l’octet apparaît dans la seconde unité et son adresse interne est b. Lorsque l’on prend une adresse externe a=4b, et les octets dont l’adresse interne est b dans chaque unité mémoire, on obtient les octets consécutifs dont les adresses externes sont a, a+1, a+2 et a+3, autrement dit le mot commençant à l’adresse a. Octet1 Octet2 Octet3 Octet4 Un octet Mot 13 13

Mémoire cache Directement liée au processeur, la mémoire cache externe (dite de second niveau) est son principal allié. Elle sert à stocker les informations les plus souvent utilisées par le processeur... Sans elle, les performances générale du PC sont fortement handicapées Exemples : 256 Ko (36% de gain) 512 Ko (44% de gain) o = octet = 8 bits Ko = 210=1024 Mo = 220 =1024 Ko 32 Mo (1600 F)

Les caches Pour accélérer les accès, on utilise un cache, qui est une petite mémoire rapide qui contient des copies de quelques-uns des mots de la mémoire principale. UC Cache d Mémoire Principale Bloc i Bloc i 14 14

Mémoire cache

Mémoire cache Directement liée au processeur, la mémoire cache externe (dite de second niveau) est son principal allié. Elle sert à stoquer les informations les plus souvent utilisées par le processeur... Sans elle, les performances générale du PC sont fortement handicapées

Mémoire cache Exemples : 256 Ko (36% de gain) 512 Ko (44% de gain) o = octet = 8 bits Ko = 210=1024 Mo = 220 =1024 Ko 32 Mo (1600 F)

Caches : taille des blocs Coût de l’échec Taux d’échec Taille du bloc Taille du bloc Tps transfert Tps d’accès Taille du bloc T ps d’accès Augmenter la taille du cache indéfiniment

Evolution

Bus et connecteurs

Bus et connecteurs Les connecteurs servent à recevoir les cartes d’extension (graphique, modem ...). Il y en a deux types, correspondant aux bus, ces voies qui permettent de communiquer avec les autres composants de l’ordinateur.

Bus et connecteurs Exemples : PCI rapide (132MHz) ISA (16MHz) a vocation à disparaître 3 connecteurs PCI et 3Isa dont un commun. Avec le chipset Lx Connecteur AGP (améliore les performances de la carte graphique)

L’architecture d’un système Pentium Cache bus Local bus Memory bus Level 2 Cache CPU PCI bridge Main memory SCSI IDE disk ISA bridge Graphics adaptator PCI bus Available PCI slot ISA bus Monitor Modem Sound card Mouse Keyboard Printer Available ISA slot

La carte audio

La carte audio Le standard, en la matière, c’est leSound Blaster, une carte reconnue par tous les jeux et CD-rom. Souvent, c’est aussi surla carte audio que l’on branche le Joystick.

La carte audio Exemples : Carte son 16 bits avec table d’ondes et processeur DSP pour les effets spéciaux Carte de décompression Dolby Surround (AC-3) Carte PCI, son en 3D,Dolby et A3D (à partir de 900F)

Carte graphique

Carte graphique Appelée aussi carte vidéo,la carte graphique est dédiée à l’affichage. La quantité de mémoire vive dont elle dispose détermine le nombre de couleurs et de points affichés à l’écran.

Carte graphique Exemples : Une configuration de haute gamme mérite une carte 3D. 4Mo Minet extensible à 8 Mo pour afficher 1280*1024 points et en 16 millions de couleurs Décompression Mpeg-1 et Mpeg-2 appréciée. Carte 2D/3D format AGP avec 4Mo (à partir de 500 F)

Les sorties

Les sorties Les sorties série (2) permettent de connecter tous les périphériques (camera, tablette graphique). La sortie parallèle qui sert principalement pour les imprimantes. La présence, de connecteurs USB (Universal Serial Bus) assurera la possibilité de brancher les périphériques de demain, qui commencent à apparaître.

Disque Dur Modèles Ide (ou E-Ide) ont des performances liées au temps d’accès (8ms à 12ms) Disque connecté en Ultra DMA réduit ce temps 2Go (900 F) 6Go version SCSI (2500 F)

Moniteurs

Moniteurs 17” (un pouce = 2.5cm) Min résolution 800*600 pixels Le pas de masque (pitch) correspond à la finesse d’affichage d’un pixel (le plus petit élément d’une image). inf à 0,28mm. Normes antirayonnement. Prix : 2500 à 4500

CD-Rom Choisir des modèles atteignant des vitesses de 24x au minimum (1X=150Ko/s) Arrive le DVD-Rom qui lit les DVD-Rom (4,7 Go)

Illusions et pièges Espérer que l'amélioration d’un seul aspect d’une machine pourra accroître les performances d’un montant proportionnel à la taille de l'amélioration La Loi d’Amdahl : Tps d'exécution touché par l'amélioration Facteur amélioration + Tps d'exécution non touche. Tps d'exécution après amélioration = 17

Résumé 1 Les principaux composants d’un ordinateur sont la mémoire principale et la mémoire secondaire, une UAL, des registres, du contrôle, les périphériques d'entrée/sortie et un bus pour la communication. La mémoire principale est composée d’octets de 8 bits et quatre octets sont souvent traités comme un mot utilisé pour stocker les entiers, les réels ou les pointeurs. La mémoire principale est à accès aléatoire puisque nous pouvons lire et écrire n’importe quel octet très rapidement et en à peu près le même temps que n’importe quel autre.

Résumé 2 Les périphériques de mémoire secondaire, principalement les disques et les bandes, stockent l’information de façon magnétique. Ce sont des périphériques à accès séquentiels, en ce sens que nous pouvons lire ou écrire une grande quantité de données en des emplacements contigus plus rapidement que nous pouvons lire une quantité égale de données dispersées sur le périphérique. Les systèmes de fichiers permettent d'améliorer l'efficacité des accès.