Architecture des ordinateurs

Architecture des ordinateurs
PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Un ordinateur c’est nul !
Ca ne sait même pas compter jusqu’à 2 ! PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

De l’extérieur Face arrière Face avant Port PS/2 Port Série COM1
Port parallèle Port VGA de la carte vidéo intégrée Port réseau RJ45 Port USB PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert
De l’extérieur Port VGA Port DVI DVI-I Dual Link Port HDMI Type A Type C (mini) (Type D micro) PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

A l’intérieur Disque dur RAM Processeur et son ventilateur Chipset
Carte graphique PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

La carte mère Le processeur Le chipset L’horloge interne La mémoire « vive » (RAM ) La mémoire « morte » (ROM Read Only Memory) Les EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) Le BIOS (Basic Input Output System) Une carte graphique intégrée (ou pas) Une carte son intégrée (ou pas) Un ensemble de contrôleurs d’E/S Des cartes d’extensions PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Communication entre éléments
Pour les bus de première génération, un seul et unique bus reliait tous les composants de l’ordinateur. Ce bus s'appelait le bus système ou backplane bus. Ce bus était partagé entre tous les composants : chacun d'entre eux monopolisait le bus durant un moment, et le libérait quand il avait fini de transmettre des données dessus. Ces bus de première génération avaient le fâcheux désavantage de relier des composants allant à des vitesses très différentes : il arrivait fréquemment qu'un composant rapide doive attendre qu'un composant lent libère le bus. Le processeur était le composant le plus touché par ces temps d'attente. PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Pour régler ce genre de problèmes, on a décidé de diviser le bus système en deux bus bien séparés : un bus pour les périphériques lents, et un autre pour les périphériques rapides. Deux composants lents peuvent ainsi communiquer entre eux sans avoir à utiliser le bus reliant les périphériques rapides (et vice-versa), qui est alors utilisable à volonté par les périphériques rapides. Les composants rapides et lents communiquent chacun de leur coté sans se marcher dessus. PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Sur certains ordinateurs, le chipset a été divisé en 2 : Le Northbridge qui s'occupe de tous les bus reliés aux composants rapides : processeurs, RAM, carte graphique (et oui !) ; Le Southbridge qui s'occupe de gérer les bus des périphériques lents, comme les disque durs, les ports USB, le clavier, etc. PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

North et South Bridges Processeur + Cache Bus processeur Chipset Bus mémoire PCI-E North Bridge Cartes d’extension Mémoire South Bridge SATA Disque dur Lecteur DVD EEPROM BIOS USB RJ45 PS/2 PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

North et South Bridges PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

North et South Bridges Séparés Rassemblés dans une seule puce Rassemblés dans une seule puce avec le processeur North avec processeur PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

North et South Bridges Le Northbridge est intégré au processeur sur les ordinateurs les plus récents. PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Le microprocesseur PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Le microprocesseur Fonction : unité de traitement Le plus souvent intégré dans une seule puce Exécute les programmes stockés en mémoire principale : Charge les instructions Décode les instructions Exécute séquentiellement les instructions PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Structure élémentaire
Unité de commande : Récupère instructions en mémoire principale Charge les instructions Décode les instructions UAL : exécute les opérations Unité Centrale Unité de commande UAL Registres Mémoire principale Disque dur PC RI … Bus PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Dispose de sa mémoire de travail Intérêt : Accès extrêmement rapides car intégrée dans la même puce donc forte amélioration des performances Unité Centrale Unité de commande UAL Registres Mémoire principale Disque dur PC RI … Bus PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Unité Centrale Les registres ( PC, RI, etc. ) : Inclus dans la mémoire de travail Interviennent dans le traitement des instructions et l’accès à la mémoire de programme Unité de commande UAL Registres Mémoire principale Disque dur PC RI … Bus PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Architecture classique monoprocesseur
Cache instruction L1 Intégré au µP Unité de traitement de l’adressage virtuel + cache de traduction d’adresse Unité de contrôle des instructions Registres entiers Unité d’exécution entiers Registres flottants Unité d’exécution flottants Cache données L1 Interface Cache L2 Interface Bus Externe au µP PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Architecture multicoeurs et évolutions récentes

Performances matérielles
la fréquence de son horloge : les fameux GHz... s'il est ou non multicoeurs ... la taille de sa mémoire Cache s'il intègre ou non une partie ( et laquelle ? ) du chipset... etc. PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Loi de Moore Gordon Moore, cofondateur d’Intel. 1965 : nb de transistors intégré x2 tous les 18 mois jusqu’en 1975. PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Loi de Moore PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

La mémoire vive PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Mémoires ROM Read Only Memory Temps d’accès : quelques dizaines de ns Capacité : varie selon les types, mais jusqu’à plusieurs centaines de Go SSD, puce BIOS, CMOS, clefs USB PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Mémoires RAM Random Access Memory Temps d’accès : quelques nanosecondes Capacité : de l’ordre de quelques Go PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Le disque dur magnétique

Le disque dur SSD Solid State Drive Presque 10 fois plus cher au Go que le disque mécanique Caractéristiques Disque dur mécanique SSD Lecture séquentielle à 150 Mo/s Mo/s Ecriture séquentielle à 150 Mo/s Mo/s Lecture aléatoire opérations par seconde opérations par seconde Écriture aléatoire opérations par seconde opérations par seconde Temps d’accès En moyenne 12 ms 0,1 ms Capacité maximale 4 To 1 To Poids De 400 g à 700 g De 40 g à 70 g Consommation en veille 1 W mW Consommation en activité 4 W environ mW Bruit En moyenne 40 dB 0 dB PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

Le disque dur hybride Le disque dur hybride est l’exact compromis entre un disque dur mécanique « conventionnel » et un disque dur SSD. L’intérêt : une réduction très nette du prix du disque dur pour des performances accrues tout en limitant les risques de pertes de mémoire sur le SSD de technologie encore limitée en nombres de cycles mémoires. Actuellement, l’un des disques de plus grande capacité est le Seagate Laptop SSHD 1 To avec SSD 8 Go en MLC. On trouve également dans la marque Western Digital le WD Black SSHD, 1 To en stockage classique et 24 Go de mémoire NAND Flash. Comparatif : Mécanique Hitachi Deskstar 7K1000.C (7200 tr/min) 500Go 50 € SSD Samsung Serie Go € Hybride Seagate Laptop Thin SSHD Go + 4Go SSD 70 € PTSI Ferdinand Buisson – Voiron Jean-Yves Fabert

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