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

CPU Mémoire principale Mémoire principale Stockage Secondaire Stockage Secondaire Périphérique E/S Périphérique E/S Un regard sur un ordinateur classique Bus Unité de contrôle Registres Unité Arithmétique et Logique

Larchitecture dun système Pentium Level 2 Cache CPU PCI bridge Main memory SCSI ISA bridge Graphics adaptator Monitor IDE disk ModemMousePrinterKeyboard Sound card ISA bus Available ISA slot Available PCI slot PCI bus Cache busLocal busMemory bus

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 sessouffler. 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

La caractéristique principale du processeur, le moteur du PC, est sa vitesse dhorloge,mesurée en mégahertz (MHz).

Le Processeur Exemples : Pentium II 300 MHz (2600 F) K6 dAMD 300 MHz (1800 F) M2 de Cyrix Pentium II 400 MHz (4500 F) 100MHz=10 8 Hz=10 -8 s=10ns

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

Les connecteurs

Les brochages du pentium Microprocesseur Pentium Microprocesseur Pentium Données Def. cycle bus Adresse 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

Machine A 500 MHZ Machine B 350 MHZ

Compilateur A instructions Compilateur B 2000 instructions

Le Chipset

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

Le Chipset Exemples : VX HX TX LXavec le Pentium II Prix des cartes mère Composant LX avec connecteur AGP (1000F) Composant BX (1900F)

12 PréfixeLettreValeur kiloK2 10 MegaM2 20 GigaG2 30 TeraT2 40 PréfixeLettreValeur kiloK2 10 MegaM2 20 GigaG2 30 TeraT2 40 La mémoire principale L'unité de stockage est loctet. Chaque octet à une adresse. Un octet occupe 8 bits. Un mot occupe 4 octets consécutifs commençant à 1 octet et divisible par 4.

13 Organisation dune mémoire Adresse Un octet Adresse externe a=4b bbbbbbbb Octet1Octet2Octet3Octet4 Mot Mémoire entrelacée Organisation en octet

Mémoire vive

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

Mémoire vive Exemples : au minimum 32 Mo de type EDO (Extended Data Output) format Simm (Single Inline Memory Module) SDRam (Synchronous Dynamic Random Access memory) format Dimm(Dual Inline memory Module) (300F) 128 Mo SDRam (1400F)

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 = 2 10 =1024 Mo = 2 20 =1024 Ko 32 Mo (1600 F)

14 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 Mémoire Principale d Bloc i

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 = 2 10 =1024 Mo = 2 20 =1024 Ko 32 Mo (1600 F)

Caches : taille des blocs Coût de léchec Tps transfert Tps daccès Taille du bloc Taux déchec T ps daccès Augmenter la taille du cache indéfiniment

Bus et connecteurs

Les connecteurs servent à recevoir les cartes dextension (graphique, modem...). Il y en a deux types, correspondant aux bus, ces voies qui permettent de communiquer avec les autres composants de lordinateur.

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)

Larchitecture dun système Pentium Level 2 Cache CPU PCI bridge Main memory SCSI ISA bridge Graphics adaptator Monitor IDE disk ModemMousePrinterKeyboard Sound card ISA bus Available ISA slot Available PCI slot PCI bus Cache busLocal busMemory bus

La carte audio

Le standard, en la matière, cest leSound Blaster, une carte reconnue par tous les jeux et CD-rom. Souvent, cest aussi surla carte audio que lon branche le Joystick.

La carte audio Exemples : Carte son 16 bits avec table dondes 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

Appelée aussi carte vidéo,la carte graphique est dédiée à laffichage. La quantité de mémoire vive dont elle dispose détermine le nombre de couleurs et de points affichés à lécran.

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 serie (2) permettent de connecter tous les périfériques (camera, tablette graphique). Lasortie parallèle qui sert principalement pour les imprimantes. La présence, de connecteurs USB (Universal Serial Bus) assuera la possibilité de brancher les périfériques de demain, qui commencent à apparaître.

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

Moniteurs

17 (un pouce = 2.5cm) Min résolution 800*600 pixels Le pas de masque (pitch) correspond à la finesse daffichage dun pixel (le plus petit élément dune 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)

La loi de MOORE

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

Résumé 1 Les principaux composants dun 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 doctets 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 nimporte quel octet très rapidement et en à peu près le même temps que nimporte quel autre.

Résumé 2 Les périphériques de mémoire secondaire, principalement les disques et les bandes, stockent linformation 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.