Introduction à l'informatique Architecture Licence 1 - Octobre 2007

L1 – Introduction à l'informatique /57 But de ce cours Pas faire de vous des experts en informatique Plutôt vous donner une culture générale et des outils pour votre futur métier !

L1 – Introduction à l'informatique /57 Introduction L'informatique est présente partout : - études (support d'apprentissage)‏ - maison (communication, bureautique)‏ - faits de société (brevets, Microsoft,…)‏ Le public se fait souvent une fausse idée : ordinateur = engin intelligent… C'est FAUX !

L1 – Introduction à l'informatique /57 Objectifs Vous expliquer les notions fondamentales Vous en faire percevoir les différentes facettes de façon (relativement...) simple Vous montrer qu'il n'y a pas de magie Démonter tous les mécanismes intervenants Si vous ne comprenez pas quelque chose... INTERVENEZ !

L1 – Introduction à l'informatique /57 Généralités

L1 – Introduction à l'informatique /57 Codage de l'information Cailloux (calcul), bâtons, doigts Systèmes de numérations  égyptiens, sumériens, romains  numérotation décimale 2003 = 2* * *  numérotation en base b n =(c k c k-1 … c 1 c 0 ) b = c k *b k + c k-1 *b k c 1 *b 1 + c 0 *b 0 Exemple : MCXV ( ) 2 = (= (2003) 10 )‏ Codex de Dresde (base 10)‏

L1 – Introduction à l'informatique /57 Codage de l'information  numérotation en base 2 : binaire exemples : 012(base 10)‏ (base 2)‏  arithmétique en base * addition : multiplication :

L1 – Introduction à l'informatique /57 Codage de l'information bit : binary digit = chiffre binaire (  1 dispositif physique pour matérialiser 1 bit ) 8 bits (1 octet)  2 8 = bits (4 octets)  2 32 = pour représenter un entier en binaire, il faut plusieurs bits Avec n bits, on représente au plus 2 n entiers différents dépassement de capacité (overflow)‏ + 1  bits  2 4 = 16 Ex : 7 dec = 111 (3 bits), 8 dec = 1000 (4 bits),15 dec = 1111 (4bits)‏

L1 – Introduction à l'informatique /57 Codage de l'information Complément à 2: plus complexe bit de signe (simple)‏ = 44 Signe - 44 = = ≠ 0 Problème

L1 – Introduction à l'informatique /57 Codage de l'information Caractères : chaînes de caractères (exemple) : numérotation des caractères code ASCII (sur 1 octet)‏ … …ABCD…ab…ABCD…ab 1 octet salut  foule espace (32)‏ fin de chaîne (0)‏ chaîne avec 11 caractères (+ 1 pour indiquer la fin)‏ Années 90 : autres codages sur 16 ou 32 bits

L1 – Introduction à l'informatique /57 Codage de l'information Images - plusieurs formats standards - exemple : bitmap en noir et blanc - couleur : 3 octets par pixels (R,V,B) bits en-tête données de l ’image (2*2 octets)‏ pixel : 0 = noir, 1 = blanc - pixel = picture element

L1 – Introduction à l'informatique /57 Codage de l'information Images - image couleur : codage d'un pixel sur n bits Vidéos - la plus simple est une suite d’images - plusieurs formats standards - image "3D" : tableaux de mots de n bits  avec 24 bits par pixel : palette de 16,7 m. de couleurs souvent 25 images/seconde Son Hypermédia - adresses et méthodes de navigation... - analogique  digital (discrétisation)‏

L1 – Introduction à l'informatique /57 Codage de l'information bit de parité : tableau de bits de parité ajouter un bit de contrôle tous les x bits exemple : parité paire sur 7 bits ok pb pendant sa transmission, une suite de bits peut être altérée nécessité d'utiliser des codes pour détecter, voire corriger les erreurs

L1 – Introduction à l'informatique /57 Codage de l'information Objectif de la compression : diminuer le nombre de bits utilisés pour le stockage et la transmission de l'information  taux de compression Facteurs de compression  qualité de la compression  temps de compression

L1 – Introduction à l'informatique /57 Codage de l'information codage de redondances :  compression destructive  compression sans perte : jpeg : images fixes aaaaaaaaaaaaaaabbaaabbbbbbbbbbbbb donne 15a2b3a13b mp3 : fichiers son mpeg : séquences d'images

L1 – Introduction à l'informatique /57 Calculer : combinatoire et : opération notée ou : opération notée non : opération notée 0 = 1 1 = 0 On sait réaliser ces opérations électroniquement

L1 – Introduction à l'informatique /57 Calculer a1a1 a0a0 b1b1 b0b0 c1c1 c0c0 o C'est un circuit combinatoire

L1 – Introduction à l'informatique /57 Architecture

L1 – Introduction à l'informatique /57 Définition Machine électronique de traitement de l'information capable d'exécuter un ensemble d'instructions (programme) préalablement enregistré dans sa mémoire. Anglais : computer

L1 – Introduction à l'informatique /57 Pour quoi faire ? Taper un rapport Éditer ses photos de vacances Calculer sa moyenne, sa feuille d'impôt Jouer Naviguer sur Internet … Utiliser des LOGICIELS qui servent à créer, à transformer et à éditer des données...

L1 – Introduction à l'informatique /57 Principe de base

L1 – Introduction à l'informatique /57 Différents ordinateurs PC (Personal Computer)‏ Macintosh Mainframe (Gros systèmes)‏ etc.

L1 – Introduction à l'informatique /57 Architecture modulaire Carte mère Processeur Mémoire vive Disque dur Ecran Périphériques Lecteurs

L1 – Introduction à l'informatique /57 Sous le capot… Jetons un coup d'œil a l'intérieur...

L1 – Introduction à l'informatique /57 Vue d'ensemble

L1 – Introduction à l'informatique /57 Le matériel… … plus en détails

L1 – Introduction à l'informatique /57 Carte mère L’interface : le BIOS Support CPU et “Chipset” Les “slots” :AGP, PCI (-express), ISA La pile (batterie)‏ Le BUS

L1 – Introduction à l'informatique /57 La carte mère

L1 – Introduction à l'informatique /57 Processeur(s)‏ Caractéristiques Architecture : RISC (Sparc), CISC (Intel),... Un ou plusieurs processeurs, multi-coeurs (core)‏ Fréquence et vitesse d’horloge La mémoire interne : le cache Performances Consommation Exemples : Intel P4, Motorola PowerPC, SUN UltraSPARC III

L1 – Introduction à l'informatique /57 Architecture classique d’un processeur Cycle classique 1- lire une instruction (à l’adresse indiquée)‏ 2- décoder l’instruction calculer (éventuellement) les adresses des opérandes et les lire 3- exécuter l’instruction 4- écrire (éventuellement) le résultat en mémoire

L1 – Introduction à l'informatique /57 Architecture classique d’un processeur Schéma classique simplifié mémoire données contrôle registres données registre instruction décodeur adresses UAL données contrôle adresses registre instruction décodeur registres données UAL

L1 – Introduction à l'informatique /57 Architecture classique d’un processeur Idée : tirer parti de l'indépendance de certaines unités fonctionnelles décodage lect. op.calcul écriture lect. instr décodage lect. op. calcul écriture lect. instr décodage lect. op.calcul écriture décodage lect. op.calcul écriture lect. instr décodage lect. op.calcul écriture lect. instr décodage lect. op.calcul lect. instr Si tout se passe bien : on traite 5 fois plus d'instructions en moyenne Pipeline profond (20 niveaux)‏

L1 – Introduction à l'informatique /57 Le processeur

L1 – Introduction à l'informatique /57 Le BUS Gère les communications entre les différentes unités fonctionnelles : processeur, mémoire, contrôleur de disques, carte graphique, etc. Sa vitesse est prépondérante !

L1 – Introduction à l'informatique /57 Structure d'un ordinateur bus des données RAM ROM E/S écran clavier disques bus de contrôle processeur bus des adresses

L1 – Introduction à l'informatique /57 Communiquer bus interne au processeur bus pour le cache communication entre les unités fonctionnelles fils + circuits pour la synchronisation vitesse de communication : fréquence du processeur communication entre un cache externe et le processeur vitesse de communication : proche de celle du processeur

L1 – Introduction à l'informatique /57 La mémoire

L1 – Introduction à l'informatique /57 Mémoriser  Critères d'évaluation des mémoires Temps d'accès Capacité Coût par bit  Plusieurs niveaux Registres Mémoire cache Mémoire centrale Mémoire de masse Vitesse _ + _ + Capacité Coût Proximité du processeur  Différentes technologies

L1 – Introduction à l'informatique /57 Mémoriser Registres Conservation des informations proche de l’UAL Stockage des opérandes et des résultats intermédiaires Mémoire cache Mémoire vive (RAM – Random Access Memory)‏ Mémoire morte (ROM – Read Only Memory)‏ Disques durs Disquettes, CD-ROM Bandes magnétiques CD-ROM spéciaux Mémoire centrale T ampon entre l'unité centrale et la mémoire centrale Accélération des accès Organe principal de rangement des informations utilisées par l'unité centrale (instructions et données)‏ Mémoire de masse

L1 – Introduction à l'informatique /57 Mémoriser La mémoire doit conserver la trace du passage du courant  Mémoire = ensemble de composants électroniques capables de mémoriser chacun un bit Il existe plusieurs technologies permettant de conserver la trace du courant, correspondant à plusieurs types de mémoire. - mémoires mortes - mémoires statiques - mémoires dynamiques - mémoires de masse : magnétiques ou optiques RAM : infos perdues hors alimentation électrique } } ROM : infos conservées même hors alimentation électrique

L1 – Introduction à l'informatique /57 Mémoriser mémoires statiques Circuits séquentiels - l’état d’un circuit séquentiel dépend de ses entrées, ainsi que de l’état précédent - circuit séquentiel de base : bascule Bascule à deux états stables (0 ou 1)‏ Permet de mémoriser un bit Bascule asynchrone - prend en compte la valeur de ses entrées à tout moment Bascule synchrone - asservie à une horloge - les modifications des signaux d'entrée entre deux tops d'horloge sont sans incidence sur la valeur de sortie

L1 – Introduction à l'informatique /57 Mémoriser mémoires dynamiques  les mémoires statiques (SRAM – Static RAM) sont rapides mais chères...  les mémoires dynamiques (DRAM – Dynamic RAM)‏ - un seul transistor couplé à un condensateur pour stocker un bit ( ≠ 6 transistors par bit en SRAM)‏ le condensateur se décharge progressivement entrainant la perte de l'information le circuit doit être rafraîchi périodiquement (plusieurs milliers de fois par seconde)‏ pour chaque bit : lire sa valeur et la réécrire immédiatement

L1 – Introduction à l'informatique /57 Mémoriser mémoires statiques / dynamiques SRAM - plus rapide - plus coûteuse - taille plus importante DRAM - circuit de rafraîchissement → plus lente - fabrication plus simple → moins coûteuse - densité d'intégration plus grande (facteur 4)‏ Utilisée pour les caches Utilisée pour la mémoire centrale

L1 – Introduction à l'informatique /57 La mémoire vive

L1 – Introduction à l'informatique /57 Mémoriser mémoires de masse Besoin de mémoire de masse - mémoires magnétiques - mémoires optiques CD-rom, DVD-rom - dotée (très) grande capacité - pour le stockage permanent de l'information en l'absence de courant (quelques années)‏ Deux types de mémoire de masse disques durs, disquettes bandes magnétiques {

L1 – Introduction à l'informatique /57 Le disque dur

L1 – Introduction à l'informatique /57 De plus près…

L1 – Introduction à l'informatique /57 Mémoriser supports optiques : disques optiques cuvette dans la pellicule réfléchissante trou dans la pellicule réfléchissante indice de réfraction du substrat transparent Principe : rayon laser envoyé sur une surface réfléchissante. On observe (ou non) un rayon réfléchi. – modifiable 1 fois (Recordable)‏ – effaçable (Rewritable)‏

L1 – Introduction à l'informatique /57 Mémoriser hiérarchie mémoire : caractéristiques

L1 – Introduction à l'informatique /57 Les cartes additionnelles Sur les slots de la carte mère Quelques cartes fréquentes : Réseau Vidéo Son SCSI / RAID TV

L1 – Introduction à l'informatique /57 La carte vidéo

L1 – Introduction à l'informatique /57 Périphériques entrées/sorties Par définition, un périphérique n'est pas indispensable au démarrage : Clavier / Souris Ecran Scanner, imprimante Webcam Modem

L1 – Introduction à l'informatique /57 Ports additionnels Permettent de brancher les périphériques Parallèle Série USB PS/2 Firewire...

L1 – Introduction à l'informatique /57 Lecteurs CDROM / DVDROM (et graveurs...)‏ Disquette Bandes magnétiques (sauvegardes)‏ Lecteurs de cartes mémoires

L1 – Introduction à l'informatique /57 Le lecteur/graveur DVD

L1 – Introduction à l'informatique /57 Ecran Taille de la diagonale Résolution (nombre de points)‏ Fréquence de rafraîchissement CRT (tube) vs TFT (plat)‏ TFT : Luminosité, angle de vue,...

L1 – Introduction à l'informatique /57 A suivre : le système...