Chapitre 1 La composition d’un ordinateur

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1 Chapitre 1 La composition d’un ordinateur
0 - Avant-propos 1 – Présentation Générale 2 – Le Microprocesseur 3 – Les Mémoires 4 – Le Bus

2 La composition d’un ordinateur
0 – Avant-propos 2 – Le Microprocesseur 3 – Les Mémoires 4 – Le Bus

3 La composition d’un ordinateur
1 – Présentation Générale Marché des PC en mutation : Baisse de ventes des PC de bureau Montée en puissance des tablettes et smartphones Intérrogations sur le modèle Wintel (client lourd + OS de type Windows) 2 – Le Microprocesseur 3 – Les Mémoires 4 – Le Bus

4 1 – Présentation Générale
d’une unité centrale de périphériques D’ENTREE (souris, clavier, scanner, joystick, …)‏ DE SORTIE (Écran, imprimante, …)‏ DE STOCKAGE (disque dur fixes ou amovibles, clés USB, disquette (?), bande, cartouche, cédérom, CD/R, DVD, …)‏ DIVERS (Modem (?), carte réseau, carte son,)‏ d’un ensemble de prises ou ports Prises USB (Universal Serial Bus ) permettant de connecter d’autres périph.(claviers, souris, scanners, clés, imprimantes …)  plus rapide (480 Mb/s pour USB 2.0, puis 3.0)‏ Prise Firewire (IEEE 1394) comme USB 2.0 Prises souris, clavier (PS/2)‏ Prise série (9 broches ), parallèle : 25 broches (imprimante)‏ Prises de branchement écran (VGA ou DVI)‏ Un ordinateur est composé :

5 1 – Présentation Générale
Unité centrale : organe essentiel, on y trouve la plupart des composants qui vont faire la puissance de la machine. elle peut avoir une taille très réduite dans le cas d’un PC portable, netbook, tablette ou smartphone ou au contraire occuper toute une pièce (comme les super-calculateurs - main- frame)‏

6 1 – Présentation Générale
Éléments placés sur la carte mère Composition de l’unité centrale Le microprocesseur L’horloge (cadence le microprocesseur)‏ La mémoire centrale (RAM)‏ La mémoire morte (ROM)‏ Les bus (liens physiques entre les différents éléments)‏ Le chipset (pilote du microprocesseur, il organise le travail de manière à obtenir les performances maximales)‏

7 1 – Présentation Générale
« La composition de l’unité centrale »

8 1 – Présentation Générale
Composition de l’unité centrale (suite)‏ une alimentation avec ventilateur (transformateur 220 volts vers 5.5 volts ou moins - actuellement ~ 500 W)‏ un ventilateur (pour refroidir l’ensemble)‏ un disque dur (stocker programmes et données)‏ une carte graphique des cartes additionnelles (carte réseau, carte son, …)‏

9 1 – Présentation Générale
La carte mère - I dispose de plus en plus souvent de circuits spécialisés intégrés : carte son carte réseau (100 Mb/s ou Gigabit)‏ carte graphique contrôleur RAID circuit stratégique : le chipset qui pilote la carte mère et qui conditionne l'évolutivité de la CM (cap. mémoire maxi, type mémoire, ...)‏

10 1 – Présentation Générale
La carte mère - II quelques fabricants : ASUS, GigaByte, MSI, QDI, Asrock, ... prix : de 40 à 400 €

11 1 – Présentation Générale
Le chipset ensemble de circuits intégrés permettant de gérer les flux de données sur la carte mère conçu pour un type de processeur donné le NorthBridge : gère les communications entre le microprocesseur, la RAM, les ports AGP ou PCI Express, et le Southbridge. le SouthBridge : gère le bus PCI, l'interface PS/2, le ports série, parallèle, le contrôleur de disquette, l'interface ATA, Serial ATA, l'interface Ethernet, USB, et IEEE 1394 (Firewire), ctrl. son ou RAID.

12 Chapitre 1 La composition d’un ordinateur
1 – Présentation Générale 2 – Le Microprocesseur 3 – Les Mémoires 4 – Le Bus

13 Cerveau de l’ordinateur le choix de celui-ci conditionne :
2 – Le microprocesseur Cerveau de l’ordinateur le choix de celui-ci conditionne : le type d’applications utilisables avec l’ordinateur (multimédia/bureautique), jeux , développement, serveur)‏ le temps de réponse des logiciels et surtout … le prix de la machine le processeur représente en moyenne 30 % du prix d’un micro-ordinateur.

14 Caractéristiques la largeur du bus de données la fréquence d’horloge
2 – Le microprocesseur Caractéristiques la largeur du bus de données la fréquence d’horloge le nombre de coeurs la marque la mémoire cache la consommation d’énergie la technologie

15 Caractéristiques (suite)‏ La largeur registres/bus
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ La largeur registres/bus les registres sont les mémoires internes de travail du processeur . Leur taille s'exprime en mot de 16, 32 ou 64 bits. Plus ils sont larges, meilleures sont les performances Le bus de données permet au processeur d'effectuer les échanges entre le microprocesseur et les autres éléments de l’ordinateur. Plus il est large (nb de conducteurs en bits), plus les échanges sont rapides. On est passé de 8 bits à 32 voire 64 bits aujourd’hui. * bus : ensembles de conducteurs électriques

16 Caractéristiques (suite)‏
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ La marque  2 grandes firmes américaines situé dans la Silicon Valley en Californie se partagent le monde de la micro Intel x86 pour les applications Windows (PC)‏ AMD

17 Caractéristiques (suite)‏ La marque (suite) La famille INTEL
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ La marque (suite) La famille INTEL  4.77 Mhz 80286, 80386,  6/8 à 75 Mhz Pentium, Pro, II, III  200 à 1GHz Celeron Pentium IV Core 2 Duo, CoreI7, CoreI5 Xeon Itanium : 64 bits

18 Caractéristiques (suite)‏ La marque (suite) Les compatibles INTEL
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ La marque (suite) Les compatibles INTEL AMD (Advanced Micro Devices)‏ Sempron Athlon 64X2 : double coeur 64 Opteron : 64 bits pour serveurs

19 Caractéristiques (suite) (loi de Moore)‏ La fréquence d’horloge
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite) (loi de Moore)‏ La fréquence d’horloge les performances sont en principe proportionnelles à la fréquence. Depuis un an ou deux, l'augmentation de fréquence ne produit plus les résultats escomptés => utilisation de plusieurs coeurs. Mesurée en Ghz (GigaHertz) Aujourd’hui, ~ 4 Ghz En théorie, 100 Mhz = 100 millions de micro-instructions par seconde En réalité, c’est plus compliqué, pour certains microprocesseurs, une micro-instruction nécessite 4 cycles d’horloge ou pour d’autres, 3 instructions s’exécutent pendant un seul cycle d’horloge.

20 Caractéristiques (suite)‏ La fréquence d’horloge (suite)‏
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ La fréquence d’horloge (suite)‏ Parfois, 2 vitesses d’horloge : une élevée, pour les opérations internes au microprocesseur une autre basse, pour les échanges avec l’extérieur du microprocesseur, ceci afin de pouvoir utiliser les cartes d’extension courantes. ex: le Pentium IV, 3 Ghz en interne et 200 Mhz pour les échanges

21 Caractéristiques (suite)‏ La largeur du bus de données
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ La largeur du bus de données C’est par ce bus que vont se faire les échanges entre le microprocesseur et les autres éléments de l’ordinateur. Plus il est large (nb de conducteurs en bits), plus les échanges sont rapides. On est passé de 8 bits à 32 voire 64 bits aujourd’hui. * bus : ensembles de conducteurs électriques

22 Caractéristiques (suite)‏ La mémoire cache
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ La mémoire cache permet d'améliorer les performances grâce à son tps d'accès réduit et un bon tx de présence dans le cache Localisation Niveau 1 : Interne au processeur (L1)‏ Niveau 2 : Interne au processeur (L2)‏ Taille Core 2 Duo E6750 ( L1: 64 Ko, L2 : 4 Mo)‏ Athlon 64X (L1 : 128 Ko, L2 : 1024 Mo)‏

23 Caractéristiques (suite)‏ La mémoire cache (suite)‏
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ La mémoire cache (suite)‏ Technique de rafraîchissement Write through (qd donnée modifiée, mem. cache et mem. centrale sont mise à jour  peu performant)‏ Write-back (mem. centrale mise à jour que qd la mem. cache est pleine)‏ Write Back Synchrone (+ performant, …)‏ Organisation logique Direct mapping (à une adresse cache correspond une adresse en mémoire centrale)‏ Fully associative (le cache sert à conserver des portions de mémoire les plus utilisées par le microprocesseur)‏ Set associative (+ performant, le cache est divisé en segments)‏

24 Caractéristiques (suite)‏ La consommation d’énergie
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ La consommation d’énergie Baisse du voltage : de 5 V à 3.3 puis 2.9 V limitant l’échauffement et la consommation d’électricité. La consommation d’énergie électrique influe sur : les risques d’échauffement du processeur  ventilateur la durée de vie des accumulateurs dans le cas des portables la facture d’électricité (Google)‏ chipset et carte graphique devant être refroidis le gaspillage d’énergie Processeurs modernes : 100 W Nouvelle génération : 60 ou 65 W 1,2 Volt

25 Caractéristiques (suite)‏
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ L’évolutivité  Pouvoir changer le microprocesseur Il est monté sur un support ZIF (Zero Insertion Force)‏ Conditions Respecter les tensions électriques Même type de support (socket AM2, 939 (AMD), 775 (Intel),  Diversité pour des raisons purement marketing (obligation de changer la carte mère !)‏

26 Caractéristiques (suite)‏
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ La technologie (2 grands types)‏ La tech. CISC : Complex Instruction Set Computer Au début, jeu réduit d’instructions Puis, le jeu s’est complété et complexifié Décodage lent et peu performant Processeur très complexe et investissement très lourds (x86)‏ La tech. RISC : Reduced Instruction Set Computer Optimiser des instructions fondamentales et ne pas conserver les autres processeur simple à fabriquer

27 Caractéristiques (suite)‏
2 – Le microprocesseur Caractéristiques (suite)‏ La technologie (suite)‏ Aujourd’hui, Technologie Pipeline Technologie Parallèle Technologie Super Scalaire Avant réservée aux gros ordinateurs, ces technologies ont pour but de traiter les instructions en parallèle  augmente vitesse de traitement

28 Le futur des processeurs Pour augmenter les perfs., on joue sur :
2 – Le microprocesseur Le futur des processeurs Pour augmenter les perfs., on joue sur : l’augmentation du nombre de coeurs : bi et quadri- coeurs l’augmentation du nombre de transistors (400 M)‏ l’intégration une tension électrique faible : 1,1 V le parallélisme des nouveaux jeux d’instructions spécialisés (ex. SSE, spécialisé dans le multimédia)‏ Actuellement : 64 bits et double coeur

29 La composition d’un ordinateur
1 – Présentation Générale 2 – Le Microprocesseur 3 – Les Mémoires 4 – Le Bus

30 Caractéristiques Volatilité Capacité Mode d’accès Temps d’accès
3 – Les mémoires Caractéristiques Volatilité Capacité Mode d’accès Temps d’accès Vitesse de transfert Prix

31 3 – Les mémoires Caractéristiques Volatilité Mémoire Volatile = les informations qu’elle contient sont automatiquement perdues lorsque la mémoire n’est plus alimentée électriquement (ex: Mém. centrale, Mém. cache)‏

32 Caractéristiques (suite)‏
3 – Les mémoires Caractéristiques (suite)‏ Capacité Volume d’informations qu’une mémoire peut contenir elle est exprimée en octets 1 bit (Binary digIT) prend pour valeur 0 ou 1 1 octet = 8 bits (ex: )‏ 1 kilooctet (ko) = 1024 octets (28)‏ 1 mégaoctet (mo) = 1024 ko 1 gigaoctet (go) = 1024 mo 1 téraoctet (to) = 1024 go

33 Caractéristiques (suite)‏ Mode d’accès
3 – Les mémoires Caractéristiques (suite)‏ Mode d’accès Accès direct (ou sélectif, random, aléatoire) on accède à l’information à partir d’une adresse (disques, ...)‏ Accès séquentiel  il faut parcourir toute la mémoire jusqu’à trouver l’information (bandes)‏

34 Caractéristiques (suite)‏
3 – Les mémoires Caractéristiques (suite)‏ Temps d’accès Temps écoulé entre l’instant où une information est demandée et l’instant où cette information est disponible Ex : 10 nanosecondes pour la mém. centrale (1 nanoseconde = 10-9 secondes) ms pour un disque dur plusieurs dz de secondes pour une bande)‏

35 Caractéristiques (suite)‏
3 – Les mémoires Caractéristiques (suite)‏ Vitesse de transfert (ou débit) Volume d’information transférable ex : entre 50 et 200 Mo/s pour un disque dur Prix Variable d’un type de mémoire à l’autre

36 Les différents types de mémoires
3 – Les mémoires Les différents types de mémoires La RAM (Random Access Memory) Mémoire vive Mémoire volatile à accès rapide De 64 ko à plusieurs Go Inflation de la taille car : les logiciels se complexifient (graphismes, …)‏ les utilisateurs veulent utiliser plusieurs logiciels à la fois l’avènement du multimédia : son et image nécessite de la mémoire vive

37 Les différents types de mémoires La RAM (suite) 3 types principaux
3 – Les mémoires Les différents types de mémoires La RAM (suite) 3 types principaux DRAM (Dynamic RAM)  Besoin d’être rafraîchie très souvent, un condensateur perd sa charge au bout d’un certain temps  Temps d’accès de 50 à 70 ns Variante de la DRAM RAM EDO (Extended Data Out) obsolete SDRAM à 100 ou 133 Mhz Variantes DDR(double Data Rate) et DDR2 DDR : PC2700 (166 Mhz) à PC4400 (275 Mhz)‏ DDR2 : PC5300, PC6400 (400 Mhz)‏ DDR3 : ‏ RAM ECC (Error Correction Code)‏ SRAM (Static RAM)  Utilisée principalement dans les mémoires caches  Pas besoin d’être rafraîchie  Temps d’accès 10 ns  Coût élevé

38 Les différents types de mémoires
3 – Les mémoires Les différents types de mémoires La ROM (Read Only Memory) Mémoire morte Mémoire non volatile, inamovible en général Utilisé pour conserver des informations stockées en usine (bios, carte vidéo, …)‏ Plusieurs types ROM : contenu fixé une fois pour toutes à la fabrication PROM : Programmable ROM, prog. par l’utilisateur EPROM ou REPROM : ROM programmable électriquement, on peut la programmer et l’effacer avec un rayonnement ultra-violet plusieurs fois EEPROM ou E2PROM ou EAPROM : programmable et effaçable à l’aide d’impulsions électriques mémoire FLASH programmable et effacable par programme

39 Les différents types de mémoires Les autres …
3 – Les mémoires Les différents types de mémoires Les autres … Le disque dur => 3 To La clé USB (de 64 Mo à 64 Go)‏ Le lecteur de disquettes (?) le lecteur/graveur cédérom/DVD lecteur de bandes magnétiques ou cassettes Non volatile Tailles de stockage très différentes

40 Chapitre 1 La composition d’un ordinateur
1 – Présentation Générale 2 – Le Microprocesseur 3 – Les Mémoires 4 – Le Bus

41 3 – Le bus Définition Ensemble de circuits qui relient le processeur à la mémoire centrale et aux cartes d’extension. Ce maillage de circuits électroniques ne pourraient fonctionner sans le contrôleur de bus destiné à gérer tous les échanges qui ont lieu sur et autour de la carte mère

42 Caractéristiques 3 – Le bus
Parallèle/Série (en nombre de bits) Envoi de données sur plusieurs lien (//) ou un seul (série)‏ La largeur (en nombre de bits) le débit est prop. à la largeur du bus Valeurs moyennes : 8 à 64 bits La fréquence Fréquence à laquelle les informations pourront être envoyées sur le bus Valeurs moyennes : de 8 à 512 Mhz Le débit Nombre d’octets qui pourront transiter en une seconde sur le bus - Valeurs moyennes : de 5 Mo/s à 8 Go/s

43 Caractéristiques (suite)‏
3 – Le bus Caractéristiques (suite)‏ Le type Le bus de données chargé de véhiculer les données Le bus d’adresses pour les adresses Le bus de commandes ou de contrôle relié à un contrôleur qui permet de diriger l’ensemble

44 Les standards - I 3 – Le bus
ISA (Industry Standard Architecture)  8 bits – 8 Mo/s : obsolete MCA (Micro Chanel Architecture)  32 bits - obsolete EISA 32 bits

45 3 – Le bus Les standards - II PCI (Intel – 32 bits)  Le paramétrage des cartes d’extension (IRQ, adresse ES, ...) se fait automatiquement (Plug and Play)  33 MHz => 133 MO/s AGP (Accelerated Graphics Port)  Utilisé uniquement pour les cartes vidéo dans les cartes mères – Obs.

46 3 – Le bus Les standards - III Actuellement : PCI 2.2 : 32 bits – 33 Mhz : 133 Mo/s PCI 2.2 : 64 bits – 66 Mhz : 528 Mo/s PCI-X : 64 bits – 133 MHz : 1056 Mo/s PCI-X 2.0 : 64 bits – 266 MHz PCI-Express ou PCI-e : bus série 8 Go/s utilisable pour la vidéo

47 Les connecteurs d’extension
3 – Le bus Les connecteurs d’extension Les micro ordinateurs sont désormais des machines évolutives auxquelles on va rajouter des fonctionnalités à l’aide de cartes d’extension. Elles se branchent sur le bus de la carte mère à l’aide de connecteurs ou slots. On trouve différents types (PCI, PCI-X, PCI-EXPRESS, ISA, AGP, …).

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