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Chapitre 1La composition d’un ordinateur

0 - Avant-propos1 – Présentation Générale2 – Le Microprocesseur3 – Les Mémoires4 – Le Bus

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La composition d’un ordinateur

0 – Avant-propos2 – Le Microprocesseur3 – Les Mémoires4 – Le Bus


1 – Présentation Générale– Marché des PC en mutation :– Baisse de ventes des PC de bureau– Montée en puissance des tablettes

et smartphones– Intérrogations sur le modèle

Wintel (client lourd + OS de type Windows)

2 – Le Microprocesseur

3 – Les Mémoires

4 – Le Bus

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1 – Présentation Générale

d’une unité centrale de périphériques

D’ENTREE (souris, clavier, scanner, joystick, …) DE SORTIE (Écran, imprimante, …) DE STOCKAGE (disque dur fixes ou amovibles, clés

USB, disquette (?), bande, cartouche, cédérom, CD/R, DVD, …)

DIVERS (Modem (?), carte réseau, carte son,) d’un ensemble de prises ou ports

Prises USB (Universal Serial Bus ) permettant de connecter d’autres périph.(claviers, souris, scanners, clés, imprimantes …) plus rapide (480 Mb/s pour USB 2.0, puis 3.0)

Prise Firewire (IEEE 1394) comme USB 2.0 Prises souris, clavier (PS/2) Prise série (9 broches ), parallèle : 25 broches

(imprimante) Prises de branchement écran (VGA ou DVI)

Un

ord

inate

ur

est

com

posé :

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Unité centrale : organe essentiel, on y trouve la

plupart des composants qui vont faire la puissance de la machine.

elle peut avoir une taille très réduite dans le cas d’un PC portable, netbook, tablette ou smartphoneou au contraire occuper toute une pièce (comme les super-calculateurs - main-frame)

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Composition de l’unité centrale Le microprocesseur L’horloge (cadence le

microprocesseur) La mémoire centrale (RAM) La mémoire morte (ROM) Les bus (liens physiques entre les

différents éléments) Le chipset (pilote du microprocesseur,

il organise le travail de manière à obtenir les performances maximales)

Élé

men

ts p

lacé

s su

r la

cart

e

mère

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« La composition de l’unité centrale »

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Composition de l’unité centrale (suite)

une alimentation avec ventilateur(transformateur 220 volts vers 5.5 voltsou moins - actuellement ~ 500 W)

un ventilateur (pour refroidir l’ensemble)

un disque dur (stocker programmes et données)

une carte graphique des cartes additionnelles (carte

réseau, carte son, …)

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La carte mère - I dispose de plus en plus souvent de

circuits spécialisés intégrés : carte son carte réseau (100 Mb/s ou Gigabit) carte graphique contrôleur RAID

circuit stratégique : le chipset qui pilote la carte mère et qui conditionne l'évolutivité de la CM (cap. mémoire maxi, type mémoire, ...)


La carte mère - II quelques fabricants :

ASUS, GigaByte, MSI, QDI, Asrock, ...

prix : de 40 à 400 €


Le chipset ensemble de circuits intégrés permettant

de gérer les flux de données sur la carte mère

conçu pour un type de processeur donné le NorthBridge : gère les communications

entre le microprocesseur, la RAM, les ports AGP ou PCI Express, et le Southbridge.

le SouthBridge : gère le bus PCI, l'interface PS/2, le ports série, parallèle, le contrôleur de disquette, l'interface ATA, Serial ATA, l'interface Ethernet, USB, et IEEE 1394 (Firewire), ctrl. son ou RAID.

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1 – Présentation Générale2 – Le Microprocesseur3 – Les Mémoires4 – Le Bus

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2 – Le microprocesseur

Cerveau de l’ordinateur le choix de celui-ci conditionne :

le type d’applications utilisables avec l’ordinateur (multimédia/bureautique), jeux , développement, serveur)

le temps de réponse des logiciels et surtout … le prix de la

machinele processeur représente en moyenne30 % du prix d’un micro-ordinateur.

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Caractéristiques la largeur du bus de données la fréquence d’horloge le nombre de coeurs la marque la mémoire cache la consommation d’énergie la technologie

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Caractéristiques (suite)

La largeur registres/bus les registres sont les mémoires internes de

travail du processeur . Leur taille s'exprime en mot de 16, 32 ou 64 bits. Plus ils sont larges, meilleures sont les performances

Le bus de données permet au processeur d'effectuer les échanges entre le microprocesseur et les autres éléments de l’ordinateur.

Plus il est large (nb de conducteurs en bits), plus les échanges sont rapides.On est passé de 8 bits à 32 voire 64 bits aujourd’hui.

* bus : ensembles de conducteurs électriques

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La marque 2 grandes firmes américaines situé dans la Silicon Valley en Californie se partagent le monde de la micro Intel x86 pour les applications

Windows (PC) AMD AMD

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La marque (suite)

La famille INTEL 8086 4.77 Mhz 80286, 80386, 80486 6/8 à 75 Mhz Pentium, Pro, II, III 200 à 1GHz Celeron Pentium IV Core 2 Duo, CoreI7, CoreI5 Xeon Itanium : 64 bits

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La marque (suite)

Les compatibles INTEL

AMD (Advanced Micro Devices) Sempron Athlon 64X2 : double coeur 64 Opteron : 64 bits pour serveurs

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Caractéristiques (suite) (loi de Moore)

La fréquence d’horloge les performances sont en principe

proportionnelles à la fréquence. Depuis un an ou deux, l'augmentation de fréquence ne produit plus les résultats escomptés => utilisation de plusieurs coeurs.

Mesurée en Ghz (GigaHertz)Aujourd’hui, ~ 4 Ghz

En théorie, 100 Mhz = 100 millions de micro-instructions par seconde

En réalité, c’est plus compliqué, pour certains microprocesseurs, une micro-instruction nécessite4 cycles d’horloge ou pour d’autres, 3 instructions s’exécutent pendant un seul cycle d’horloge.

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La fréquence d’horloge (suite)

Parfois, 2 vitesses d’horloge : une élevée, pour les opérations internes

au microprocesseur une autre basse, pour les échanges avec

l’extérieur du microprocesseur, ceci afin de pouvoir utiliser les cartes d’extension courantes.

ex: le Pentium IV, 3 Ghz en interne et 200 Mhz pour les échanges

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La largeur du bus de données C’est par ce bus que vont se faire les

échanges entre le microprocesseur et les autres éléments de l’ordinateur.

Plus il est large (nb de conducteurs en bits), plus les échanges sont rapides.On est passé de 8 bits à 32 voire 64 bits aujourd’hui.

* bus : ensembles de conducteurs électriques

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La mémoire cache permet d'améliorer les performances grâce

à son tps d'accès réduit et un bon tx de présence dans le cache

Localisation Niveau 1 : Interne au processeur (L1) Niveau 2 : Interne au processeur (L2)

Taille Core 2 Duo E6750 ( L1: 64 Ko, L2 : 4 Mo) Athlon 64X2 4000 (L1 : 128 Ko, L2 : 1024 Mo)

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La mémoire cache (suite)

Technique de rafraîchissement Write through (qd donnée modifiée, mem. cache et

mem. centrale sont mise à jour peu performant) Write-back (mem. centrale mise à jour que qd la

mem. cache est pleine) Write Back Synchrone (+ performant, …)

Organisation logique Direct mapping (à une adresse cache

correspond une adresse en mémoire centrale) Fully associative (le cache sert à conserver des

portions de mémoire les plus utilisées par le microprocesseur)

Set associative (+ performant, le cache est divisé en segments)

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La consommation d’énergie Baisse du voltage : de 5 V à 3.3 puis 2.9 V

limitant l’échauffement et la consommation d’électricité.

La consommation d’énergie électrique influe sur :

les risques d’échauffement du processeur ventilateur

la durée de vie des accumulateurs dans le cas des portables

la facture d’électricité (Google) chipset et carte graphique devant être refroidis le gaspillage d’énergie Processeurs modernes : 100 W Nouvelle génération : 60 ou 65 W 1,2 Volt

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L’évolutivité Pouvoir changer le microprocesseurIl est monté sur un support ZIF(Zero Insertion Force)Conditions Respecter les tensions électriques Même type de support

(socket AM2, 939 (AMD), 775 (Intel), ... Diversité pour des raisons purement marketing (obligation de changer la carte mère !)

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La technologie (2 grands types) La tech. CISC : Complex Instruction Set

Computer Au début, jeu réduit d’instructions

Puis, le jeu s’est complété et complexifiéDécodage lent et peu performant

Processeur très complexe et investissement très lourds (x86)

La tech. RISC : Reduced Instruction Set Computer

• Optimiser des instructions fondamentales et ne pas conserver les autres

• processeur simple à fabriquer

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La technologie (suite)

Aujourd’hui,Technologie PipelineTechnologie ParallèleTechnologie Super Scalaire

Avant réservée aux gros ordinateurs, ces technologies ont pour but de traiter les instructions en parallèle augmente vitesse de traitement

•2 – Le microprocesseur

Le futur des processeurs

Pour augmenter les perfs., on joue sur : l’augmentation du nombre de coeurs : bi et

quadri-coeurs

l’augmentation du nombre de transistors (400

M)

l’intégration

une tension électrique faible : 1,1 V

le parallélisme

des nouveaux jeux d’instructions spécialisés

(ex. SSE, spécialisé dans le multimédia)

Actuellement : 64 bits et double coeur

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3 – Les mémoires

Caractéristiques Volatilité Capacité Mode d’accès Temps d’accès Vitesse de transfert Prix

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3 – Les mémoires

Caractéristiques Volatilité

Mémoire Volatile = les informations qu’elle contient sont automatiquement perdues lorsque la mémoire n’est plus alimentée électriquement (ex: Mém. centrale, Mém. cache)

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3 – Les mémoires


CapacitéVolume d’informations qu’une mémoire peut contenir elle est exprimée en octets 1 bit (Binary digIT) prend pour valeur 0 ou 1 1 octet = 8 bits (ex: 00100110) 1 kilooctet (ko) = 1024 octets (28) 1 mégaoctet (mo) = 1024 ko 1 gigaoctet (go) = 1024 mo 1 téraoctet (to) = 1024 go

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3 – Les mémoires


Mode d’accès Accès direct (ou sélectif,

random, aléatoire) on accède à l’information à partir d’une adresse (disques, ...)

Accès séquentiel il faut parcourir toute la mémoire jusqu’à trouver l’information (bandes)

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3 – Les mémoires


Temps d’accèsTemps écoulé entre l’instant où une information est demandée et l’instant où cette information est disponible

Ex : 10 nanosecondes pour la mém. centrale (1 nanoseconde = 10-9 secondes) 10 ms pour un disque durplusieurs dz de secondes pour une bande)

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3 – Les mémoires


Vitesse de transfert (ou débit)Volume d’information transférableex : entre 50 et 200 Mo/s pour un disque dur

PrixVariable d’un type de mémoire à l’autre

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3 – Les mémoires

Les différents types de mémoires La RAM (Random Access Memory)

Mémoire vive Mémoire volatile à accès rapide De 64 ko à plusieurs Go Inflation de la taille car :

les logiciels se complexifient (graphismes, …)

les utilisateurs veulent utiliser plusieurs logiciels à la fois

l’avènement du multimédia : son et image nécessite de la mémoire vive

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3 – Les mémoires

Les différents types de mémoires La RAM (suite) 3 types principaux

DRAM (Dynamic RAM) Besoin d’être rafraîchie très souvent, un condensateur perd sa charge au bout d’un certain temps Temps d’accès de 50 à 70 ns

Variante de la DRAM RAM EDO (Extended Data Out)

obsolete SDRAM à 100 ou 133 Mhz Variantes DDR(double Data Rate) et DDR2

DDR : PC2700 (166 Mhz) à PC4400 (275 Mhz) DDR2 : PC5300, PC6400 (400 Mhz) DDR3 :

RAM ECC (Error Correction Code) SRAM (Static RAM)

Utilisée principalement dans les mémoires caches Pas besoin d’être rafraîchie Temps d’accès 10 ns Coût élevé

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3 – Les mémoires

Les différents types de mémoires La ROM (Read Only Memory)

Mémoire morte Mémoire non volatile, inamovible en général Utilisé pour conserver des informations

stockées en usine (bios, carte vidéo, …) Plusieurs types

ROM : contenu fixé une fois pour toutes à la fabrication

PROM : Programmable ROM, prog. par l’utilisateur EPROM ou REPROM : ROM programmable

électriquement, on peut la programmer et l’effacer avec un rayonnement ultra-violet plusieurs fois

EEPROM ou E2PROM ou EAPROM : programmable et effaçable à l’aide d’impulsions électriques

mémoire FLASH programmable et effacable par programme

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3 – Les mémoires

Les différents types de mémoires

Les autres … Le disque dur => 3 To La clé USB (de 64 Mo à 64 Go) Le lecteur de disquettes (?) le lecteur/graveur cédérom/DVD lecteur de bandes magnétiques

ou cassettes Non volatile Tailles de stockage très différentes

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3 – Le bus

Définition Ensemble de circuits qui relient

le processeur à la mémoire centrale et aux cartes d’extension.

Ce maillage de circuits électroniques ne pourraient fonctionner sans le contrôleur de bus destiné à gérer tous les échanges qui ont lieu sur et autour de la carte mère

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3 – Le bus

Caractéristiques Parallèle/Série (en nombre de bits)

Envoi de données sur plusieurs lien (//) ou un seul (série)

La largeur (en nombre de bits)le débit est prop. à la largeur du busValeurs moyennes : 8 à 64 bits

La fréquenceFréquence à laquelle les informations pourront être envoyées sur le busValeurs moyennes : de 8 à 512 Mhz

Le débit Nombre d’octets qui pourront transiter en une seconde sur le bus - Valeurs moyennes : de 5 Mo/s à 8 Go/s

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3 – Le bus


Le type Le bus de données

chargé de véhiculer les données Le bus d’adresses pour les adresses Le bus de commandes ou de

contrôle relié à un contrôleur qui permet de diriger l’ensemble

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3 – Le bus

Les standards - I ISA (Industry Standard Architecture)

8 bits – 8 Mo/s : obsolete

MCA (Micro Chanel Architecture) 32 bits - obsolete

EISA32 bits

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3 – Le bus

Les standards - II PCI (Intel – 32 bits)

Le paramétrage des cartes d’extension (IRQ, adresse ES, ...) se fait automatiquement (Plug and Play) 33 MHz => 133 MO/s

AGP (Accelerated Graphics Port) Utilisé uniquement pour les cartes vidéo dans les cartes mères – Obs.

3 – Le bus

Les standards - III Actuellement :

PCI 2.2 : 32 bits – 33 Mhz : 133 Mo/s

PCI 2.2 : 64 bits – 66 Mhz : 528 Mo/s

PCI-X : 64 bits – 133 MHz : 1056 Mo/s

PCI-X 2.0 : 64 bits – 266 MHz

PCI-Express ou PCI-e : bus série 8

Go/s utilisable pour la vidéo

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3 – Le bus

Les connecteurs d’extension Les micro ordinateurs sont

désormais des machines évolutives auxquelles on va rajouter des fonctionnalités à l’aide de cartes d’extension.

Elles se branchent sur le bus de la carte mère à l’aide de connecteurs ou slots.

On trouve différents types (PCI, PCI-X, PCI-EXPRESS, ISA, AGP, …).

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1 chapitre 1 la composition dun ordinateur 0 - avant-propos 1 – présentation générale 2 – le...

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