cours-archi

Description

Universite d’Aix-Marseille III - Licence math-info 1ere anneeI2 - Resume du cours (1) : Architecture materielleLe but de cette premiere moitie du cours est de faire comprendre le fonctionnement interne d’un ordinateura n de savoir ce qui passe concretement lorsqu’un programme est execute.1 L’ordinateur selon di erents points de vueUn ordinateur est constitue de composants electroniques interconnectes parmi lesquels on trouve unmicroprocesseur, une memoire, etc. Chaque modele de microprocesseur sait executer des programmes dansun langage qui lui est propre et qu’on appelle langage machine. Tous les programmes ecrits dans un langage,quel qu’il soit (C, Pascal, etc), sont traduits (compiles) en un programme equivalent en langage machinea n d’^etre executable par le microprocesseur. Dans la premiere partie de ce cours, nous allons etudier selon3 points de vue ce qui se passe lorsqu’un programme est execute : du point de vue du langage evolue danslequel a ete ecrit ce programme (on utilisera le langage C), du point de vue du langage machine et du pointde vue physique/electronique.1.1 Les donnees selon di erents points de vuesRappel : informatique = traitement automatique de l’information. Lorsqu’on veut faire e ectuer une t^achepar un ordinateur, on fournit des donnees en entree qui sont traitees par la machine pour fournir des donneesen sortie qui constituent le resultat cherche. Ce schema donnees en entree! ...

Sujets

• informatique
• ordinateur

Informations

• Publié par: Zaur
• Nombre de lectures: 47
• Langue: Français

Extrait

Universite d’Aix-Marseille III - Licence math-info 1ere annee I2-Resumeducours(1):Architecturematerielle

Lebutdecettepremieremoitieducoursestdefairecomprendrelefonctionnementinterned’unordinateur andesavoircequipasseconcretementlorsqu’unprogrammeestexecute. 1L’ordinateurselondierentspointsdevue Unordinateurestconstituedecomposantselectroniquesinterconnectesparmilesquelsontrouveun microprocesseur, une memoire, etc. Chaque modele de microprocesseur sait executer des programmes dans un langage qui lui est propre et qu’on appelle langage machine .Touslesprogrammesecritsdansunlangage, quelqu’ilsoit(C,Pascal,etc),sonttraduits(compiles)enunprogrammeequivalentenlangagemachine and’eˆtreexecutableparlemicroprocesseur.Danslapremierepartiedececours,nousallonsetudierselon 3 points de vue ce qui se passe lorsqu’un programme est execute : du point de vue du langage evolue dans lequel a ete ecrit ce programme (on utilisera le langage C), du point de vue du langage machine et du point devuephysique/electronique. 1.1Lesdonneesselondierentspointsdevues Rappel:informatique=traitementautomatiquedel’information.Lorsqu’onveutfaireeectuerunetˆache par un ordinateur, on fournit des donnees en entree quisonttraiteesparlamachinepourfournirdes donnees en sortie quiconstituentleresultatcherche.Ceschema donneesenentree → traitement → donnees en sortie seretrouveatouslesniveauxdel’informatique:materiel,electronique,logiciel,etc. Selonlepointdevueoul’onseplace(lelangageevolue,lelangagemachineoul’electronique),cesdonnees sontdenaturedierente.Unlangageevoluepeutmanipulerdesdonneesdedierentstypes:entiers, ottants, chaˆnesdecaracteres,tableaux,donneesstructurees,images,sons,etc.Lelangagemachinenemanipuleque desentiers.Lescircuitselectroniquesnetraitentquedesetatsbinaires.Nousallonsmaintenantvoirle rapport entre ces di erentes natures de donnees. 1.2Relationentreetatsbinairesetentiers Lescircuitselectroniquesd’ordinateurpossedentuncertainnombredelselectriquesenentreeeten sortie.Cescircuitssontconcuspourqu’onappliquesurleurslsd’entreedeuxetatspossibles:unetension compriseentre0et1volt(etat0)ouunetensioncompriseentre2et5volts(etat1).Lefaitqu’iln’yait que deux etats possibles (0 ou 1) en font des circuits logiques .Enfonctiondel’ensembledesetatsd’entree, lecircuitvarestituerunensembled’etatsbinaires(correspondantsauxmeˆmesintervallesdetensions)en sortie.Sionregroupel’ensembledesetatsbinairesd’entreeoudesortiedansuncertainordre,onobtient unerepresentationdel’ensembledecesetatssouslaformed’unnombrebinaireaplusieurschires.Onpeut doncaussiconsidererqu’uncircuitestl’applicationd’unefonctionnumeriqueentiere:unentierestfournien entree,unefonctionluiestappliqueeetonobtientl’entierresultatensortie.Demˆeme,lamemoireprincipale (qui est aussi un circuit) memorise des etats electroniques binaires groupes par paquets de taille xe que l’on considerecommedesentiers. 1.3Relationsentreentiersetdonneesdeslangagesevolues Quel que soit son type, toute donnee traitee par un ordinateur est codee sous forme d’un entier. La memoirenecontientquedesentiersetc’estlecontexted’interpretationdecesentiersquivaleurdonner leursignication.Ainsi,l’entier97pourrarepresenter selon le contexte soitlenombre97,soitlecaractere a en code ASCII, soit une instruction du langage machine, soit le code de couleur d’un pixel de l’ecran, etc.

1

Lefaitquelesprogrammessoientrepresentessousformed’entiersestessentieletconstituecequi dierencieunordinateurd’unemachinededieeaunefonctionparticuliere(calculatrice,machinealaver). Unprogrammestockeenmemoireestaussiunedonneemanipulabledelameˆmemanierequen’importequel autre type de donnee.

2 Architecture materielle generale d’un ordinateur A un niveau materiel , on a des composants qui permettent soit de saisir physiquement, soit de trai- ter/transformer, soit de restituer physiquement des donnees. Un ordinateur est compose d’un microproces- seur,d’unememoireprincipaleetd’unensemblededispositifsd’entree/sortie.Cescomposantssontrelies par des bus ,c’est-a-diredesensemblesdeligneselectriquesdecommunication. 2.1 Le microprocesseur Le microprocesseur est le composant principal d’un ordinateur. Le microprocesseur (  P) permet d’executer un programme stocke dans la memoire principale. Le  P permet aussi de communiquer avec les dispositifs d’entree/sortieandefournirdesdonneesd’entreeauprogrammeetanqueleprogrammetransmetteses resultatsal’utilisateur. Le  P est compose lui ˆ d’une unitedecommande , d’une unitearithmetiqueetlogique (UAL) et -meme de registres .L’unitedecommandeestchargeedestransfertsdedonneesetd’instructionsentrele  P et la memoire.L’UALestchargeed’executerlesinstructions.Lesregistressontenquelquesortel’equivalentdes variablessimplesdansleslangagesevolues.Ilsserventastockerdesinformationsutilesaufonctionnement du  P. 2.2Lamemoireprincipale La memoire principale permet de stocker les programmes et les donnees. L’unite d’information est le bit ,contractionde“binarydigit”,c’est-a-direchirebinaire.Unbitnepeut prendre que la valeur 0 ou 1. Comme on veut pouvoir manipuler des informations autres que binaires, on a pris l’habitude de regrouper les bits par paquets de 8 qu’on appelle octet . Un octet permet donc de representer une information qui peut prendre jusqu’a 256 etats di erents. An de traiter de l’information plusrapidement,selonlesmicroprocesseurslesoctetssonteux-meˆmeregroupesparpaquetsde2,4ou8 octetspoureˆtretraitesenuneseulefoisparlesinstructions.Cesregroupementsd’octetss’appellentdes mots .Latailledecesmotsestrepresentativedelapuissancedumicroprocesseur(Z80(Zilog),i8088(Intel): 8 bits ; i80286, MC68000 (Motorola) : 16 bits ; i80386, MC68030, Pentium : 32 bits). Lorsqu’on veut parler de grande quantite d’octets, on utilise les termes kilo-octet (Ko), mega-octet (Mo) ou giga-octet (Go). 1 Ko est egal a 1024 (= 2 10 octetsetnonpas1000octets).Demeˆme,1Moestegala 1024Koet1Goa1024Mo. Chaque octet de la memoire possede une adresse , c’est-a-dire un numero qui permet de le situer en memoire.Onpeutfaireleparalleleentrememoireettableauaunedimensiond’entiers,entreadressed’un octet et indice d’un entier du tableau. Lamemoireprincipaleestdiviseeendeuxparties:lamemoirevive(RandomAccessMemory,RAM)et lamemoiremorte(RunOnlyMemory,ROM).LaRAMestaccessibleenlectureetenecrituremaiselle s’eace lorsque la machine est eteinte. La ROM n’est accessible qu’en lecture (on ne peut pas la modier) mais elle persiste lorsque la machine est eteinte. On l’utilise notamment pour memoriser le programme de demarragedelamachineetquinesertessentiellementqu’achargerlesystemed’exploitationdanslaRAM. 2.3Lesmemoiressecondaires Commelamemoireprincipale,lesmemoiressecondaires(oumemoiredemasse)permettentdestocker desdonneesetdesprogrammes.Ellepermettentdememoriserdesquantitesdedonneestropimportantes

2