Introduction à l'informatique Architecture Licence 1 - Octobre 2007.

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1 Introduction à l'informatique Architecture Licence 1 - Octobre 2007

2 L1 – Introduction à l'informatique 2007 2/57 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 !

3 L1 – Introduction à l'informatique 2007 3/57 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 !

4 L1 – Introduction à l'informatique 2007 4/57 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 !

5 L1 – Introduction à l'informatique 2007 5/57 Généralités

6 L1 – Introduction à l'informatique 2007 6/57 Codage de l'information Cailloux (calcul), bâtons, doigts Systèmes de numérations égyptiens, sumériens, romains numérotation décimale 2003 = 2*1000 + 0*100 + 0*10 + 3 numérotation en base b n =(c k c k-1 … c 1 c 0 ) b = c k *b k + c k-1 *b k-1 +... + c 1 *b 1 + c 0 *b 0 Exemple : MCXV (11111010011) 2 = 2 10 +2 9 +2 8 +2 7 +2 6 +0+2 4 +0+0+2 1 +2 0 (= (2003) 10 ) Codex de Dresde (base 10)

7 L1 – Introduction à l'informatique 2007 7/57 Codage de l'information numérotation en base 2 exemples : 012(base 10)192003 (base 2) 0 1 10 1001111111010011 arithmétique en base 2 11011011 + 1011 1 11 11011011 * 101 10001000111 addition : multiplication : 1 11100110

8 L1 – Introduction à l'informatique 2007 8/57 Codage de l'information bit : binary digit = chiffre binaire ( 1 dispositif physique pour matérialiser 1 bit ) 8 bits (1 octet) 2 8 = 256 32 bits (4 octets) 2 32 =4 294 967 296 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 11111111 00000000 1 4 bits 2 4 = 16 Ex : 7 dec = 111 (3 bits), 8 dec = 1000 (4 bits),15 dec = 1111 (4bits)

9 L1 – Introduction à l'informatique 2007 9/57 Codage de l'information Complément à 2: plus complexe bit de signe (simple) 10101100 - 44 4832 ++ = 44 Signe - 44 = 00101100 - 44 = 10101100 11011000 0 Problème

10 L1 – Introduction à l'informatique 2007 10/57 Codage de l'information Caractères : chaînes de caractères (exemple) : numérotation des caractères code ASCII (sur 1 octet)... 65 66 67 68 … 97 98 …ABCD…ab…ABCD…ab 1 octet salut foule espace (32) fin de chaîne (0) chaîne avec 11 caractères (+ 1 pour indiquer la fin) 1000001 1000010 1100001 1100010 Années 90 : autres codages sur 16 ou 32 bits

11 L1 – Introduction à l'informatique 2007 11/57 Codage de l'information Images - plusieurs formats standards - exemple : bitmap en noir et blanc - couleur : 3 octets par pixels (R,V,B) 9 17 153bits en-tête données de l image (2*2 octets) pixel : 0 = noir, 1 = blanc - pixel = picture element

12 L1 – Introduction à l'informatique 2007 12/57 Codage de l'information Images - image couleur : codage d'un pixel sur n bits Vidéos - la plus simple est une suite dimages - 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)

13 L1 – Introduction à l'informatique 2007 13/57 Codage de l'information bit de parité : tableau de bits de parité 10101100 ajouter un bit de contrôle tous les x bits exemple : parité paire sur 7 bits 10101100 11000101 00100010 11101101 10100110 10101000 ok pb pendant sa transmission, une suite de bits peut être altérée nécessité d'utiliser des codes pour détecter, voire corriger les erreurs

14 L1 – Introduction à l'informatique 2007 14/57 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

15 L1 – Introduction à l'informatique 2007 15/57 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

16 L1 – Introduction à l'informatique 2007 16/57 Calculer et : opération notée.. 0 1 0 1 0 0 0 1 ou : opération notée + + 0 1 0 1 0 1 1 1 non : opération notée 0 = 1 1 = 0 On sait réaliser ces opérations électroniquement

17 L1 – Introduction à l'informatique 2007 17/57 Calculer a1a1 a0a0 b1b1 b0b0 c1c1 c0c0 o C'est un circuit combinatoire

18 L1 – Introduction à l'informatique 2007 18/57 Architecture

19 L1 – Introduction à l'informatique 2007 19/57 Architecture modulaire Carte mère Processeur Mémoire vive Disque dur Ecran Périphériques Lecteurs

20 L1 – Introduction à l'informatique 2007 20/57 Différents ordinateurs PC (Personal Computer) Macintosh Mainframe (Gros systèmes) etc.

21 L1 – Introduction à l'informatique 2007 21/57 Sous le capot… Jetons un coup d'œil a l'intérieur...

22 L1 – Introduction à l'informatique 2007 22/57 Définition Machine électronique de traitement de l'information capable d'exécuter un ensemble d'instructions (programme) préalablement enregistré dans sa mémoire. Anglais : computer

23 L1 – Introduction à l'informatique 2007 23/57 Principe de base

24 L1 – Introduction à l'informatique 2007 24/57 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...

25 L1 – Introduction à l'informatique 2007 25/57 Vue d'ensemble

26 L1 – Introduction à l'informatique 2007 26/57 Le matériel… … plus en détails

27 L1 – Introduction à l'informatique 2007 27/57 Carte mère Linterface : le BIOS Support CPU et Chipset Les slots :AGP, PCI (-express), ISA La pile (batterie) Et surtout, le BUS…

28 L1 – Introduction à l'informatique 2007 28/57 La carte mère

29 L1 – Introduction à l'informatique 2007 29/57 Processeur(s) Caractéristiques Architecture : RISC (Sparc), CISC (Intel),... Un ou plusieurs processeurs, multi-coeurs (core) Fréquence et vitesse dhorloge La mémoire interne : le cache Performances Consommation Exemples : Intel P4, Motorola PowerPC, SUN UltraSPARC III

30 L1 – Introduction à l'informatique 2007 30/57 Arithmétique booléenne

31 L1 – Introduction à l'informatique 2007 31/57 Arithmétique booléenne

32 L1 – Introduction à l'informatique 2007 32/57 Arithmétique booléenne

33 L1 – Introduction à l'informatique 2007 33/57 Arithmétique booléenne

34 L1 – Introduction à l'informatique 2007 34/57 Portes logiques

35 L1 – Introduction à l'informatique 2007 35/57 Fonction booléenne

36 L1 – Introduction à l'informatique 2007 36/57 Unité Arithmétique et Logique

37 L1 – Introduction à l'informatique 2007 37/57 Opérations complexes

38 L1 – Introduction à l'informatique 2007 38/57 UAL : Choix de l'opération

39 L1 – Introduction à l'informatique 2007 39/57 UAL: Choix de l'opération

40 L1 – Introduction à l'informatique 2007 40/57 UAL: Choix de l'opération

41 L1 – Introduction à l'informatique 2007 41/57 Synthèse

42 L1 – Introduction à l'informatique 2007 42/57 Architecture classique dun processeur Cycle classique 1- lire une instruction (à ladresse indiquée) 2- décoder linstruction calculer (éventuellement) les adresses des opérandes et les lire 3- exécuter linstruction 4- écrire (éventuellement) le résultat en mémoire

43 L1 – Introduction à l'informatique 2007 43/57 Architecture classique dun processeur

44 L1 – Introduction à l'informatique 2007 44/57 Architecture classique dun processeur

45 L1 – Introduction à l'informatique 2007 45/57 Architecture classique dun processeur

46 L1 – Introduction à l'informatique 2007 46/57 Architecture classique dun processeur

47 L1 – Introduction à l'informatique 2007 47/57 Architecture classique dun processeur

48 L1 – Introduction à l'informatique 2007 48/57 Architecture classique dun processeur

49 L1 – Introduction à l'informatique 2007 49/57 Architecture classique dun processeur Schéma classique simplifié mémoire données contrôle registres données registre instruction décodeur adresses UAL données contrôle adresses registre instruction décodeur registres données UAL

50 L1 – Introduction à l'informatique 2007 50/57 Architecture classique dun 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)

51 L1 – Introduction à l'informatique 2007 51/57 Le processeur

52 L1 – Introduction à l'informatique 2007 52/57 Le BUS Gère les communications entre les différentes unités fonctionnelles : processeur, mémoire, contrôleur de disques, carte graphique, etc. Sa vitesse est prépondérante !

53 L1 – Introduction à l'informatique 2007 53/57 Structure d'un ordinateur bus des données RAM ROM E/S écran clavier disques bus de contrôle processeur bus des adresses

54 L1 – Introduction à l'informatique 2007 54/57 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

55 L1 – Introduction à l'informatique 2007 55/57 Mémoire cache

56 L1 – Introduction à l'informatique 2007 56/57 La mémoire

57 L1 – Introduction à l'informatique 2007 57/57 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

58 L1 – Introduction à l'informatique 2007 58/57 Mémoriser Registres Conservation des informations proche de lUAL 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

59 L1 – Introduction à l'informatique 2007 59/57 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

60 L1 – Introduction à l'informatique 2007 60/57 Mémoriser mémoires statiques Circuits séquentiels - létat dun circuit séquentiel dépend de ses entrées, ainsi que de létat 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

61 L1 – Introduction à l'informatique 2007 61/57 Mémoire statique Bascule D

62 L1 – Introduction à l'informatique 2007 62/57 Mémoire statique Bascule D

63 L1 – Introduction à l'informatique 2007 63/57 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

64 L1 – Introduction à l'informatique 2007 64/57 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

65 L1 – Introduction à l'informatique 2007 65/57 La mémoire vive

66 L1 – Introduction à l'informatique 2007 66/57 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 {

67 L1 – Introduction à l'informatique 2007 67/57 Le disque dur

68 L1 – Introduction à l'informatique 2007 68/57 De plus près…

69 L1 – Introduction à l'informatique 2007 69/57 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)

70 L1 – Introduction à l'informatique 2007 70/57 Mémoriser hiérarchie mémoire : caractéristiques

71 L1 – Introduction à l'informatique 2007 71/57 Les cartes additionnelles Sur les slots de la carte mère Quelques cartes fréquentes : Réseau Vidéo Son SCSI / RAID TV

72 L1 – Introduction à l'informatique 2007 72/57 La carte vidéo

73 L1 – Introduction à l'informatique 2007 73/57 Périphériques entrées/sorties Par définition, un périphérique n'est pas indispensable au démarrage : Clavier / Souris Ecran Scanner, imprimante Webcam Modem

74 L1 – Introduction à l'informatique 2007 74/57 Ports additionnels Permettent de brancher les périphériques Parallèle Série USB PS/2 Firewire...

75 L1 – Introduction à l'informatique 2007 75/57 Lecteurs CDROM / DVDROM (et graveurs...) Disquette Bandes magnétiques (sauvegardes) Lecteurs de cartes mémoires

76 L1 – Introduction à l'informatique 2007 76/57 Le lecteur/graveur DVD

77 L1 – Introduction à l'informatique 2007 77/57 Ecran Taille de la diagonale Résolution (nombre de points) Fréquence de rafraîchissement CRT (tube) vs TFT (plat) TFT : Luminosité, angle de vue,...

78 L1 – Introduction à l'informatique 2007 78/57 A suivre : le système...