Architecture de machines Historique Cours 2003-2004.

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1 Architecture de machines Historique Cours 2003-2004

2 Préhistoire : mécanisation des calculs n Prémisses: Outils mathématiques -3000 : Premiers nombres -300 : Aristote définit la logique (induction) 1679 : Leibniz définit larithmétique binaire Système de codage des nombres en base 2 : pour revenir à leur essence n Les machines mécaniques -500 : Boulier et abaques An 1000 : Mécanismes dhorlogerie 1642 : La pascaline (Blaise Pascal) additions et soustractions 1792 : Télégraphe optique de Chappe Première méthode de communication à distance Utilisation dun codage de linformation et non de linformation brute

3 Machines à différences de Babbage (1833)

4 Invention du codage binaire et des algorithmes n 1843 : Ada Lovelace définit les algorithmes –Séquence dopérations permettant de résoudre un problème –Programmes écrits pour la machine de babbage n 1844 : Code Morse –Codage des messages avec 2 symboles :., - –Les silences séparent les lettres dun message

5 Travaux théoriques fondamentaux n 1844 : Algèbre de boole –2 symboles {0,1}, {Vrai, Faux} (dit booléens) –Opérations sur ces symboles ET, OU, NON, … Structure mathématique Preuves de calculabilité n 1937 : Travaux sur la calculabilité –Machine de Turing –Permet de réaliser tout calcul mécanisable !!!

6 Machines mécaniques n Besoin de ladministration US pour le recensement de 1890. –Machines de comptage/triage –Mécanisme de cartes perforée à lecture électrique –Utilisation de relais pour le classement n 1896: Fondation de Tabulating Machine Company qui deviendra par suite IBM

7 Machines électroniques 1940-1970 n 1938 : Shannon réalise un parallèle entre le binaire et lélectronique –Invention du BIT (Binary digIT) n Techniques des relais issue de la téléphonie pour réaliser des calculs binaires

8 WWII : Machines pour le décryptage n 1941 : Konrad Zuse invente le Z3 –Premier calculateur à programme enregistré et non plus directement cablé n 1946 : LEniac –330 multiplications/seconde –100000 opérations élémentaires/seconde –Programme entré par câblage –30 Tonnes et 72 m² –Mis à jour en 1948 : Utilisation avec dinstructions prédéfinies (premier langage machine)

9 1945 : Principe de Von Neumann Rapport EDVAC ( Electronic Discrete Variable Automatic Computer) –Ordinateur de Von Neumann Machine universelle contrôlée par programme Instructions codées enregistrées en mémoire Exécution séquentielle des opérations –5 composants pour un ordinateur Unité arithmétique et logique Unité de commande Mémoire centrale Unité dentrée Unité de sortie Architecture toujours utilisée de nos jours

10 Composant de base : Le tube à vide (Lampe) n Inventé en 1907 –Utilisé comme amplificateur en électronique –Travail en saturation n A saturation : réalisation dopérations booléennes élémentaires sur du courant électrique –Grande consommation électrique pour le fonctionnement –Faible fiabilité (Bugs)

11 Exemple de composants Compteur 4 bits Accumulateur

12 1948 : Invention du transistor n Remplace les relais et tubes à vide –Miniaturisation –Fiabilité accrue Entrée Contrôle Sortie

13 1958 Les circuits intégrés n Regroupe plusieurs transistors –Inventé par J. Kilby de chez Texas Instruments

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15 Machines électroniques 1946-1970

16 Les machines à microprocesseur n Microprocesseur –Intégration de transistors sur une même plaque de silicium n 1971 : Premier microprocesseur : Intel 4004 2300 transistors, 4 bits, 108 Khz, 640 octets de mémoire adressable. –Disponibilité dun «chipset» : ensemble de contrôleurs nécessaires à la liaison microprocesseur/ environnement. n 1972 : Processeur Intel 8008 8 bits, 200 KHz, 16 Ko de mémoire, 60000 instructions par seconde, 3500 transistors en technologie 10 microns

17 Evolution du stockage n 1950 : Première mémoire de masse, le tambour ERA 1101 –Capacité 1Million de bits –Accès 1/5 ème de seconde n 1953 : Mémoires à tores de ferrite n 1956 : IBM 505 Premier disque dur –5Mo sur 50 disques de 61 cm de diamètre. n 1970 : Première puce mémoire créée par Intel qui contient 1024 tores de ferrite soit 128 octets. n 1979 : Philips présente le Compact Disc: mémoire optique n Le futur… les mémoire holographiques

18 Années 70 : Naissance de la micro informatique n Machines accessibles au grand public –Au départ programmables par interrupteurs puis en assembleur –Naissance du BASIC n Développement de microprocesseurs de plus en plus puissants (Z80,6502,68000,8086…) n Interfaces de plus en plus évoluées (fenêtres, souris,…)

19 Une multitude de technologies n Processeurs Intel, Zylog, Motorola n Pas de véritable standard jusquau PC dIBM Compaq ILecteur 5"1/4

20 Premier portable : lOsborne 1 n Écran 5 pouces, disquettes 5"1/4 n 14 Kg !!!

21 Les stations de travail n 1981 : Création de SUN n Machines haut de gamme avec architecture propriétaire –Machines pour le calcul individuel avec des spécialisations (SGI, HP, SUN, Digital) –Système d exploitation UNIX –Architecture propriétaire –Interface X-Windows n Maintenant rejointes par les micro ordinateurs –Mêmes microprocesseurs Processeur Intel Itanium 2 = HP PA9000 Processeur PIV repris dans les stations dentrée de gamme sous le nom Xeon –Baisse des coûts de développement => plus dapplications

22 Les supercalculateurs n Calcul performant –Applications scientifiques (météo, simulations) –Stockage de données (banque,…) n Intégration de plusieurs microprocesseurs toujours plus rapides n Toujours dépassés ! http://www.top500.org

23 Evolution des performances

24 Évolution de lintégration (4004/PIV) De 2300 à 42 Millions de transistors

25 Loi de Moore n La puissance double tous les 18 mois –Réalisé pour les capacités de calcul –Non valable pour le stockage et la mémoire n Définition de la puissance –Différente du chiffre de fréquence –Dépend fortement des entrées sorties –Dépend du problème à traiter

26 Évolution du software n Évolution des systèmes dexploitation –En mode texte Unix (et linux), Prodos, CP/M, DOS, –Graphiques Mac OS, Windows, X-Windows n Évolution des logiciels –1972 : PONG, 1975 Space Invaders –Bureautique : Années 75-80 Premier tableur: multiplan Premier traitement de texte (1983: Word 1.0) Suites bureautiques –Logiciels de création graphique Photoshop 3DSMax –Internet Navigateurs : 1992 Mosaic, 1993 Netscape, 1994 ie 1994: realplayer : son et vidéo à la demande

27 Evolution globale n ->1970 : une machine pour plusieurs personnes (des informaticiens) n 1970-1995 : une machine par personne (de la scientifique à la secrétaire) –Développement des systèmes à microprocesseur n 1995-> : 1 personne, plusieurs machines (tout le monde ?) –Développement des réseaux