ARCHITECTURE DES ORDINATEURS

« ARCHITECTURE DES ORDINATEURS Plan Du Cours Chapitre 1 : Introduction à la technologie des ordinateurs Chapitre 2 : Représentation de l’information Chapitre 3 : Fonction et opérateurs logiques Chapitre 4 : Les circuits intégrés et combinatoires Chapitre 1 : Introduction à la technologie des ordinateurs I. Introduction L’homme a toujours eu besoin de compter, il a donc eu à développer selon les civilisations des systèmes de numérations (les doigts de la main et des pieds, les cailloux, les articulations des doigts ou des phalanges).

Les doigts ont servi à nos ancêtres pour compter et pour effectuer toutes sortes d’opérations arithmétiques.

La plus naturelle et la plus répandue des systèmes de numération est celle qui compte en base (10).

Dans la nouvelle science, on parle de calcul digital.

Le mot digit ayant le sens de chiffre d’une numération de position.

Dans les ordinateurs, on utilise des digits binaires ou bit (contraction du mot anglais « binary digits » : unité élémentaire d’information).

C’est l’écriture des nombres comportent que les deux chiffres 0 et 1.

Le tableau suivant montre les principales bases utilisées : Base 1 Comptage avec les doigts, cailloux, bâtonnets Base 2 Système Binaire, logique symboliques : utilisés par les ordinateurs Base 5 Système quinaire : civilisation Aztèque Base 7 Les jours de la semaine Base 8 Système Octal : utilisés par les ordinateurs Base 10 Système Décimal : l’homme Base 12 Heures, les mois de l’année Base 16 Système Hexadécimal (0,…, 9, A, B, C, D, E, F) Base 20 Comptage des mains et pieds Base 24 Heures du jour Base 60 Système Sexagésimal : minutes, seconde, degrés II. Naissance de l’ordinateur Parallèlement à l’évolution des signes, des chiffres, des calculs mentaux et manuels on a assisté au développement d’outils, de systèmes, de machines pour simplifier et accélérer les taches.

C’est ainsi en 1945 que John Von Neumann (Mathématicien d’origine Hongroise de la Hongrie) proposa la machine model de l’ordinateur telle qu’il est conçu actuellement.

On peut résumer les caractéristiques de l’ordinateur selon John Von Neumann : - Machine universelle qui est contrôlé par un programme - Les instructions du programme sont codées sous formes numériques (Binaire et enregistré en mémoire) - Le programme peut modifier ses propres instructions qui sont normalement exécuté en séquence - Des instructions qui existent permettant des ruptures de séquences. Van Neumann décrit en 1945 les 5 composants essentiels de ce qui aller être l’Architecture de Von Neumann : - L’Unité Arithmétique et Logique (UAL) L’Unité de Commandes La Mémoire Centrale L’Unité d’Entrée L’Unité de Sortie CPU Unité de contrôle ou de commande Instructions Mémoire Centrale Données U.A.L. Unité d’entrée et sortie I/O Contrôleur des périphériques III. Contrôleur de périphériques Le système informatique L’informatique (Computer Science) est définie comme la science du traitement automatique de l’information.

L’information est la matière à manipuler et traiter par les ordinateurs, ils doivent être capable de la comprendre tout comme l’homme comprend une langue et des concepts.

Le système, c’est l’ensemble des moyens logiciels (Software) et matériels (Hardware) nécessaire pour satisfaire les besoins informatiques des utilisateurs. Un système informatique est donc un système de traitement à qui l’on remet des informations en entrée qui exécute un traitement sur ces informations et qui restitue en fin des informations en sortie.

L’ordinateur est une machine électronique spécialement conçue pour permettre le traitement de l’information.

Une telle machine accepte à l’entrée des données (numérique ou non) effectue le traitement en fonction d’un programme enregistré dans sa mémoire et produit des résultats sous forme compréhensible à l’utilisateur.

On peut établir en parallèle entre son fonctionnement et la façon dont un employé de bureau. Entrées Système de traitement Sorties Pour exécuter son travail, l’employeur peut avoir besoin d’une unité de calcul (Calculatrice) d’un programme de travail (instructions données par le patron) qu’il doit mémoriser (mémoire vive RAM et la mémoire morte ROM). D’autres informations dont l’employeur peut avoir besoin pour son travail sont stockées dans des fichiers ou des mémoires auxiliaires. La configuration d’un ordinateur correspond à l’organisation adaptée pour mettre ensemble et faire fonctionner les divers éléments matériels d’un ordinateur. 1.

Processeur Central (CPU : Central Processing Unit) Appelé aussi microprocesseur ou puce correspond au moteur de la machine (situé sur la carte mère au fond d’un panier).

Le processeur central contient deux unités : l’unité de commande et l’unité de calcul. L’unité de commande s’occupe de gérer l’exécution des instructions d’un programme.

Elle contient le registre d’instruction (RI) qui contient l’instruction et le compteur ordinal (CO) qui contient l’adresse de la prochaine instruction à exécuter. 2.

La mémoire centrale Contient principalement deux types d’information : - Les instructions des différents programmes ; - Les données nécessaires à l’exécution d’un programme. Les instructions sont stockées sous forme de codes machines.

La mémoire centrale est divisée physiquement en cellule.

Chaque cellule correspond à une mémoire.

C’est l’unité d’information adressable (la longueur d’un mot mémoire varie d’une machine à l’autre).

A chaque mot mémoire est associé : - Une adresse (unique) indiquant la position en mémoire - Un contenu d’instructions ou données 3.

Les unités d’entrées et sorties Ce sont éléments qui permettent de transférer des informations entre les unités centrales et les périphériques.

Les unités d’entrées et de sorties les plus courants sont les Bus. 4.

Les unités périphériques Elles se répartissent en deux classes : - Les unités qui permettent à l’ordinateur d’échanger les données avec l’extérieur (écran, clavier, modem …) - Les mémoires auxiliaires qui permettent de stocker de manière permanente beaucoup d’information en moindre coût (disque magnétique, CD, DVD). A chaque catégorie d’unités périphériques est associé un contrôleur de périphériques qui s’occupe de la gestion de ces unités et de l’interface avec les entrées et les sorties. Conclusion Pour résoudre un problème à l’aide d’un ordinateur on doit utiliser un algorithme exprimé sous la forme d’un programme.

Les ordinateurs arrivent à des vitesses de l’ordre de plusieurs d’opérations arithmétiques par seconde alors que le cerveau humain est plus lent. Pourtant certaines opérations complexes telles que la reconnaissance d’un objet sont réalisés beaucoup plus rapidement par le cerveau que par un ordinateur.

Ceci est dû à une différence fondamentale de structures entre l’ordinateur et le cerveau humain. Chapitre 2 : Représentation de l’information I. II. Introduction La tâche principale d’un ordinateur est le traitement de l’information numérique et celle-ci peut être représenté sur plusieurs formes (binaire, octal, décimal, hexadécimal).

L’objectif de ce chapitre est de montrer différentes formes de représentations binaires pour les données numériques. Règles générales : Les systèmes de numération utilisent tous certains symboles pour exprimer des nombres. Chaque système de numération est défini selon une base B et comprend un ensemble de nombre 𝑛 entiers compris entre 0 et B-1.

Soit N un nombre entier si B est la base alors N = ∑𝑖=0 𝑎𝑖 𝑏 𝑖 Avec 𝑎𝑖 ∈ [0; 𝐵 − 1] . a0 est le type le moins significatif ou la byte de poids faibles (LSB : Least Significant Bit) an est le byte le plus significatif ou la byte de poids fort (MSB : Most Significant Bit) Cas des nombres entiers 1.

Système de numération binaire Le système de numération binaire dont la base est 2 exprime les nombres à l’aide de 2 chiffres (0 et 1).

Le système binaire est un système à poids positionnel puisque chaque chiffre binaire est affecté d’un poids exprimé comme une puissance de 2. - Conversion – Décimal – Binaire Soit A un nombre décimal à représenter en base B la méthode utilisée est celle de la division euclidienne o Si A < B il n’a pas besoin d’être converti o Si A >= B on peut diviser A par B et on divise successivement les différents quotients q obtenus par la base B Exemple : Conversion de (53)10 en base 2 : 53 1 (53)10 = (110101)2 Autre méthode : 0 1 3 1 1 - 2 26 0 6 0 2 13 1 13 1 2 6 0 2 3 1 26 0 2 1 1 2 0 53 1 Conversion Binaire – Décimale (11100101)2 = (1 * 27 + 1 * 26 + 1 * 25 + 0 * 24 + 0 * 23 + 1 * 22 + 0 * 21 + 1 * 20 )10 = (229)10 - Autre Exemple (11100101)2 => 1 * 2 + 1 = 3 28 * 2 + 1 = 57 3*2+1=7 57 * 2 + 0 = 114 7 * 2 + 0 = 14 114 * 2 + 1 = 229 14 * 2 + 0 = 28 - Conversion Décimale – Octale (266)10 = (412)8 0 4 33 266 4 1 2 - Conversion Octale – Décimale (372)8 = 3 * 82 + 7 * 81 + 2 * 80 = (250)10 - Conversion Octale – Binaire Pour convertir un nombre octal en son équivalent binaire il suffit de transformer chaque chiffre du nombre octal en son équivalent binaire de trois chiffres.

Le tableau suivant exprime chacun des huit symboles octaux en binaire : Chiffre.... »