Cours est basé sur le livre de William Stallings (800 pages) qui s’intitule «Organisation et architecture des ordinateurs»
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 ARCHITECTURE DES ORDINATEURS. Le cours est basé sur le livre de William Stallings (800 pages) qui s’intitule « Organisation et architecture des ordinateurs », 6ème édition. Voici le plan général :
INTRODUCTION.
VUE FONCTIONNELLE Les 4 fonctions principales d’un ordinateur.
VUE FONCTIONELLE. Environnement de fonctionnement (exploitation) (source de destination des données) Dispositif de Tansfert des Données Mécanismes de Contrôle Structure de Structure de Mémorisation des traitement des Données données STRUCTURE D’UN ORDINATEUR.
Le processeur est composé de 4 éléments :
EVOLUTION ET PERFORMANCES. Quelles sont les évolutions technologiques constantes en informatique. La vitesse du processeur. Cadence des BUS. Capacité de stockage, capacité mémoire.
1946 : ENIAC.
1952 : Machine de John Von Neumann
1950 : Commercialisation des premiers ordinateurs.
1950 : Bell créé le transistor (en silicium) qui vont remplacer les tubes à vide à la fin des années 50.
4ème et 5ème génération : ordinateurs de bureau et ordinateurs personnels (un PC de 3ème génération coûtait 16 000 US$) Evolution des processeurs Intel.
Evolution du Power PC (IBM avec système RISC).
UNITES DE MESURE DES TAILLES DE LA MEMOIRE D’UN ORDINATEUR. L’information est codée en binaire :
1 = 0001b 2 = 0010b 3 = 0011b 4 = 0100b 5 = 0101b 6 = 0110b 7 = 0111b 8 = 1000b Dans la plupart des ordinateurs, chacun des caractères est codé sur 8 bits.
Un octets = 8 bits. Attention à la traduction américaine : un octet = un Byte. 1 KB = 1 Ko. 1 Ko = 2^10 octets 1 Mo = 2^10 Ko = 2^20 Octets 1 Go = 2 ^10 Mo = 2^20 Ko = 2^30 octets. 1 Ko = 8 Kb. 1 Mo = 8 Mb … L’ORDINATEUR. Système d’exploitation et architecture des ordinateurs Architecture des ordinateurs : L’ordinateur Fonction d’un ordinateur La mémoire cache est une mémoire intermédiaire, on charge les instructions qui sont l’ensemble du programme ; La mémoire interne est la mémoire principal ; La mémoire externe, ex : lecteur dvd, disque dur ; Les entrés sorties : souris, clavier. Exécuter des programmes ; Les programmes se composent d’un ensemble d’instructions ; Les instructions sont rangées en mémoire ; Les composants de l’ordinateur :
CP : compteur de programme, adresse mémoire des instructions, augemente la vitesse CPU : registre interne, registre tampon RI : registre interne RT : Le processeur lit une à une les instructions dans la mémoire et les exécute ; Le cycle d’instruction est le traitement nécessaire pour une instruction :
Le CP (compteur de programme) contient l’adresse de lza prochaine instruction à lire :
Le processeur place l’instruction du CP dans le RI (registre interne) et incrémente le CP ; Puis il traite l’instruction. Types d’instructions en mémoire : calculs, mise en mémoire, vérifications L’intruction peut-être :
(Cas des instructions conditionnelles et des appels de sous-programmes) Une interruption comme (sont nom l’indique) interrompt le cycle d’instructions ou le programme en cours d’exécution. Types d’interruptions : temporisations, manque de mémoire, vérification exécution d’autres programmes, reset, Une interruption peut être : Une interruption de programme :
Un temporisateur :
Une interruption E/S :
Une défaillance matérielle Pour chaque périphérique E/S il y a un gestionnaire d’interruption Un périphérique E/S Les différentes structures de bus : Les lignes de données
Les lignes d’adresses
Les lignes de contrôle
Physiquement, ce sont des lignes métalliques gravées sur la carte. Ordinateurs modernes :
La mémoire cache Influence directe sur la performance d’un ordinateur Pour améliorer les performances : Garder au plus près du processeur (en cache), les accès récents De manière à accéder le moins possible à la mémoire externe La mémoire cache est une copie de certaines parties de la mémoire principale ; Lorsque le processeur tente de lire un mot, il vérifie auparavant s’il ne se trouve pas déjà dans le cache ; L’accès aux mots est ainsi plus rapide ; Si le mot ne se trouve pas dans le cache, on copie d’abord le bloc dans le cache ; Puis le cache donne l’accès au mot au processeur ; Il est fort probable que lorsqu’on souhaite accéder à une information d’un bloc, on souhaite accéder aux informations environnantes de ce mot dans le bloc. Le cache doit être suffisamment grand
Le doit être suffisamment réduit
Hiérarchie de caches PowerPC G4 1 cache interne : cache L1 un cache pour les données de 32Ko un cache pour les instruction de 32Ko 2 cache externes cache L2 : cache mixte (données et instruction) de 256Ko à 1Mo Cache L3 : cache mixte données et instruction de 2… Pentium 4 1 cache interne cache L1 un cache pour les données de 8Ko… Il existe différents algorithmes pour remplacer les blocs dans le cache Du plus efficace au moins efficace :
La mémoire interne Mémoire principale de l’ordinateur. DRAM : Dynamic Random Access Memory Mémoire vive interne L’information est une charge électrique sur un condensateur Cette charge diminue avec le temps et doit être rafraichie régulièrement Une valeur seuil détermine si c’est un 1 ou 0 pour le bit L’information s’efface avec le temps Selon vous, est il utile d’attendre 10 à 20 secondes avant… La DRAM synchrone (SDRAM) (IBM) : Echange les données avec le processeur en synchronisaton avec une horloge interne Quand une requête est faite par le processeur, le nombre de cycles au bout duquel de DRAM aura fait l’action est connue par avance Le processeur peut donc continuer à travailler Envoyer des données vers processeur deux fois par cycle DRAM rambus (RDRAM) : Principale concurrente de la SDRAM Basée sur un bus interne qui définit la vitesse transmission Le type d’action est transmis par le bus et intégré aux données transmises Gian de temps Vitesse de bus : 800 mb/s DRAM cache (CDRAM) (mitsubichi) : Elle inclut un petit cache SRAM de 16 ko Elle peut servir de véritable cache ou de tampon pour prendre en charge l’accès séquentiel à un bloc de données Préchargement dans la SRAM cache SRAM : Static Random Access Memory Mémoire vive interne statique La plus rapide à se décharger Tout disparaît lorsque l’alimentation est coupée Utilisée pour le cache Pourquoi ? ROM : Read Only Memory Mémoire morte Mémoire permanente (non volatile, lecture seule), les données ne peuvent être effacées Elle sert aux : Sous programme des bibliothèques pour les fonctions fréquemment utilisées Programmes du système … PROM : Programmable ROM ROM programmable une seule fois EPROM : Erasable PROM ROM effaçable et programmable globalement et électriquement par (rayonnement uv) EEPROM : Electrical EPROM EPROM programmable octet par octet Mémoire flash : PROM effacble par bloc La mémoire externe Disque magnétique Aspect physique : C’est un plateau rond composé D’un matériau non magnétique (surbstrat) Recouvers d’un plateau… Les données sont enregistrées puis récupérées du disque via une bobine conductrice : la tête La tête est fixe et le plateau tourne en dessous en phase de lecture et d’écriture Sur la plupart des disques il y a une tête de lecture et une tête d’écriture Sur le plateau les données sont oragnisées en anneaux concentriques : pistes Largeur d’une piste = largeur de tete Une surface contient des milliers de pistes Des espaces entre les pistes évitent les erreurs induites par un mauvais alignement de la tete sur les pistes Les pistes sont divisées en secteurs Quelques centaines de secteurs par piste La lontgueur d’un secteur est fixe 512 octets Les secteurs adjacents sont séparés par des espaces intersecteur Des marqueurs invisibles à l’utilisateur délimitent chaque secteur : début, taille, identifiant du secteur, numéro de piste, fin. Disque à tête fixe : une tête de lecture / écriture par piste Disque à tête mobile : une seule de lecture / écriture, une montée sur un bras déployable et rétractable, un arbre fait tourner le disque. Les pistes d’une surface de plateau constituent un cylindre. 2 types de disques : Disques simple face Disques double face une couche magnétique sur les faces du plateau Certains disques contiennent plusieurs plateaux une tête par surface de plateau Pour mesurer la performance des accès à un disque : Temps d’attente du composant Lorsqu’un processus émet une requête d’E/S, il doit d’abord attendre dans une file d’attente qu’un composant soit disponible avant de lui être assigné Temps d’attente du canal Si le canal est partagé avec d’autres lecteur de disques, il y a un délai d’attente supplémentaire temps de positionnement : temps nécessaire pour positionner la tête au dessus de la piste disques durs modernes < 10 ms le controleur de disque attend ensuite que le secteur approprié tourne pour venir s’aligner avec la tête délai du au composant occupé : si le composant fait une autre tâche, il faut attendre qu’il ait fini le cycle délai de rotation : temps qu’il faut pour positionner le début du secteur sous la tête disques durs modernes : entre 100 ms et 50ms La technologie RAID Reductant array of independant disks : Reseaux redondants de disques indépendants Utilisation de plusieurs disques externes en parallèle : Accèus simultanés à plusieurs disques 7 niveaux différents de 0 à 6 RAID 0 : Pas de redondance Possibilité d’émettre deux requêtes en parallèle sur deux disques différents RAID 1 : Duplication des données Chaque dique possède un disque miroir RAID 2 et 3 : Techniques d’accès parallèle aux différentes données En cas de défaillance d’un disque, on accède au disque de parité et les données sont reconstruites RAID 4 à 6 : Accès indépendants et non plus parallèles … Mémoire optique CD/DVD : lecture seule, audio, vidéo CD-ROM lecture seule, tout type d’information. 650 mo CD-R/DVD-R : 1 seule écriture possible CD-RW/DVD-RW : Ré-enregistrable Fonctionnement d’un CD : Un moteur fait tourner le disque sous un laser faible puissance Creux lumière dispersée : faible intensité en retour Méplats lumière d’intensité plus grande en retour Un capteur détecte les changements entre creux et méplats 1 : début et fin d’un creux 0 : pas de chagement d’état Les données sont organisées en spirale et non en disques on balaie selon une vitesse linéaire constante est non plus angulaire Fonctionnement d’un DVD : Un cd ou un dvd est moins couteux à reproduire qu’un disque magnétique Il est amovible possibilité d’archivage Mais le temps d’accès est plus long qu’un disque magnétique Bande magnétique Même principe que les disques magnéiques Bande polyester souple recouverte d’une pellicule de matériau magnétique Données organisées en pistes parallèles (18 à 36 pistes parallèles) … Mémoire flash externe |
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