Architecture et Technologies des Ordinateurs Cours d’Initiation à l’Attention des Étudiants de Première Année de l’IUP-MIAGE Jean-Pierre Lips

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1 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

2 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs2 Plan du cours  Introduction Concepts de base  1 ère Partie : Concepts de base Traitement des données  2 ème Partie : Traitement des données : les processeurs Stockage des informations  3 ème Partie : Stockage des informations : les mémoires Transfert des informations  4 ème Partie : Transfert des informations : les bus  Conclusion

3 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs3 Plan du cours : Introduction  Introduction Objectifs du coursObjectifs du cours Bibliographie Historique  1 ère Partie : Concepts de base  2 ème Partie : Traitement des données : les processeurs  3 ème Partie : Stockage des informations : les mémoires  4 ème Partie : Transfert des informations : les bus  Conclusion

4 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs4 Éléments d’un ordinateur Référence : Architecture et Technologie des Ordinateurs, Paolo Zanella & Yves Ligier – Dunod 2000

5 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs5 Carte mère Abit KT7A (1/3) Support du processeur (AMD Athlon ou Duron) Slots mémoire (SDRAM) Connecteurs PCI Connecteurs ISA Ventilateur du Chipset Connecteurs IDE I/O ‘s Connecteur AGP

6 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs6 Carte ABIT KT7A : Topologie (2/3)

7 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs7 Carte ABIT KT7A : Diagramme (3/3)

8 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs8 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 0 Logique numérique (Couche matérielle : circuits logiques, électroniques)

9 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs9 Plan du cours : Introduction  Introduction Objectifs du cours BibliographieBibliographie Historique  1 ère Partie : Concepts de base  2 ème Partie : Traitement des données : les processeurs  3 ème Partie : Stockage des informations : les mémoires  4 ème Partie : Transfert des informations : les bus  Conclusion

10 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs10 Bibliographie Architecture et Technologie des Ordinateurs, 3 ème Edition Paolo Zanella & Yves Ligier – Dunod 2000 Architecture de l’Ordinateur, 4 ème Edition Andrew Tanenbaum – Dunod 2001, 6 ème Edition Technologie des Ordinateurs et des Réseaux Pierre-Alain Goupille – Dunod 1998 Computer Organization and Architecture, 6 th Edition William Stallings – Prentice Hall 2003

11 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs11 Sources Internet (1/2) Cours Architecture des ordinateurs (E.Viennet, M. Voisin) http://www-gtr.iutv.univ-paris13.fr/Cours/Mat/Architecture/Cours http://www-gtr.iutv.univ-paris13.fr/Cours/Mat/Architecture/Cours Architecture des ordinateurs (Patrick Marcel) http://www.blois.univ-tours.fr/~marcel/archi/ http://www.blois.univ-tours.fr/~marcel/archi/ Structure des ordinateurs http://membres.lycos.fr/jfdelepi/inf_stru.htm http://membres.lycos.fr/jfdelepi/inf_stru.htm Cours Architecture des ordinateurs (Sylvain Tisserant) http://marpix1.in2p3.fr/calo/my-web/archi/archi.html http://marpix1.in2p3.fr/calo/my-web/archi/archi.html Cours Architecture des ordinateurs (David Simplot) http://www.lifl.fr/~simplot/ens/archi/ http://www.lifl.fr/~simplot/ens/archi/

12 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs12 Sources Internet (2/2) Technical Resource and Course Web Site for Computer Organization and Architecture, 5 th Edition by Williams Stallings http://williamstallings.com/COA5e.html http://williamstallings.com/COA5e.html De Von Neumann aux super-microprocesseurs de F. Anceau http://lmi17.cnam.fr/~anceau/UTLS/UTLS_txt.pdf 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/ http://hypermedia.univ-paris8.fr/

13 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs13 Plan du cours : Introduction  Introduction Objectifs du cours Bibliographie HistoriqueHistorique  1 ère Partie : Concepts de base  2 ème Partie : Traitement des données : les processeurs  3 ème Partie : Stockage des informations : les mémoires  4 ème Partie : Transfert des informations : les bus  Conclusion

14 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs14 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.

15 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs15 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)

16 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs16 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)

17 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs17 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 10 5 à 10 8 circuits par puce  Demain : ULSI (Ultra Large Scale Integration) > 10 8 circuits par puce

18 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs18 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.

19 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs19 Historique : Loi de Moore (2/2) (source : http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm )http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm

20 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs20 Historique : Évolution des Processeurs DateProcesseurNb TransistorsSérigraphieLargeur busMémoireHorloge 197140042 30010,00 µm4 bits640 octets108 KHz 197280086 0006,00 µm8 bits16 Ko200 KHz 197480804,5006,00 µm8 bits64 Ko2 MHz 1978808629 0003,00µm16 bits1 Mo8 MHz 198280286134 0001,50 µm16 bits16 Mo10 MHz 198580386275 0001,50 µm32 bits4 Go16 MHz 1989804861 200 0001,00 µm32 bits4 Go25 MHz 1994Pentium3 100 0000,80 µm32 bits4 Go66 MHz 1995Pentium Pro5 500 0000,35 µm64 bits64 Go150 à 200 MHz 1997Pentium II7 500 0000,35 µm64 bits64 Go233 à 300 MHz 1999Pentium III9 500 0000,25 µm64 bits64 Go450 à 600 MHz 2000 Pentium IV 42 000 0000,18 µm64 bits64 Go1,4 à 1,5 GHz 200255 000 0000,13 µm64 bits64 GoUp to 2,8 GHZ (source : http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm )http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm

21 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs21 Historique : Synthèse Référence : Architecture et Technologie des Ordinateurs, Paolo Zanella & Yves Ligier – Dunod 2000

22 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs22 Historique : la première machine 1642 La Pascaline inventée par Blaise Pascal Additions et soustraction de nombres décimaux Détail Machine ouverte Machine à 8 chiffres

23 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs23 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 Câblage du programmeChangement d’une lampe

24 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs24 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

25 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs25 Historique : les machines en 2002 (1/2) 2002 Ordinateur de bureau (DeskTop) 2002 Ordinateurs Portable et Ultraportable HP omnibook 510 Latest Intel processors 1.20-GHz, Mobile Intel® Pentium® III Processor-M Integrated 802.11b wireless LAN technology Apple iMac Power PC G4 Processor 15 inches flat pannel LCD Display

26 Année 2003-2004Initiation à l'architecture des ordinateurs26 Historique : les machines en 2002 (2/2) 2002 Station de Travail (Workstation) 2002 Serveurs / Mainframe IBM eServer zSERIES 900 Main Memory Up to 64 Go 64 bits Architecture 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