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IFITEP I1 - INFO1 2006/2007

INFORMATIQUE 1

1 Introduction

1.1 Un ordinateur, à quoi ça sert ?

• Présentation des différents types d’applications (scientifiques, bureautique, gra-phisme, gestion des données, jeux, communication, industrielle).

• Quelques exemples de logiciels.• Points communs : entrée(s) → traitement → sortie(s).• Large gamme de programmes différents → l’ordinateur est programmable• ordinateur = machine à traiter l’information

2 Architecture materielle

• http://www.commentcamarche.net/pc• http://fr.wikipedia.org

2.1 Structure d’un ordinateur

Fig. 1 – Vue générale PC (UC, moniteur, clavier, souris)

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http://www.commentcamarche.net/pchttp://[email protected]


Fig. 2 – Tour face (périphériques internes)

Fig. 3 – Tour dos (alim, connecteurs, cartes d’extensions)


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Fig. 4 – Connecteurs (PS/2, USB, RS232, VGA, LPT, Jack, Midi)

Fig. 5 – Vue interne (alim, périphériques internes, carte mère)


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Fig. 6 – Photographie d’une carte mère PIII

Fig. 7 – Photographie d’une carte mère AGP


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Fig. 8 – Connecteurs importants d’une carte mère

• Schéma carte mère au tableau (pont nord/sud, sans nom des bus)• Ordinateur = processeur+mémoire+périphériques+bus.

2.2 Bus

• Données + addresse + controle• Attention débits bus → Millions-bits|octets/s• USB : 1,5Mbit/s, 12Mbit/s, 480Mbit/s• Firewire (IEEE 1394) : 400Mbit/s, 800Mbit/s• RS232 : 115 kbit/s• AGP 8x : 32bits, 66MHz x coeff → 2Go/s pour 8x• Bus PCI : 32bits, 33MHz, alim 5V ou 3,3V, DMA, 132Mo/s• PCI Express : bus série, 2,5 GHz, 250Mo/s par canal, 16 canaux → 8Go/s,

hotplug, remplace AGP et PCI.


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Fig. 9 – Exemples de bus : FSB, AGP, PCI, IDE, SATA, USB, Firewire, RS232, ...


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2.3 Périphériques

• Entrées/Sorties permet à l’ordinateur de communiquer avec l’extérieur.

2.3.1 Périphériques de sortie

Fig. 10 – Ecran CRT

Fig. 11 – Intérieur d’un Ecran CRT

• Champ electrique → orientation cristaux liquide → passage de la lumière.• 17 pouces (43cm), 1280x1024, connecteur VGA ou DVI.


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Fig. 12 – Ecran LCD

Fig. 13 – Zoom sur un écran LCD


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Fig. 14 – Carte graphique

Fig. 15 – Schéma d’une carte graphique


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Fig. 16 – Carte son (DSP, Jack, IEEE1394)

2.3.2 Périphériques de saisie

Fig. 17 – Clavier PS/2


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Fig. 18 – Intérieur d’un clavier (ressorts en plastique)

Fig. 19 – Intérieur d’un clavier (matrice de contacts)

Fig. 20 – Souris PS/2


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Fig. 21 – Intérieur d’une souris à boule

• Souris à boule : détection optique des mouvements de la roue codeuse• Souris optique : LED qui éclaire + acquisition d’image + DSP.

2.3.3 Périphériques de stockage

• Mémoire non volatile 6= RAM• Unités de stockage : octet / bits, ko, Mo, Go, To

Fig. 22 – Aspect extérieur d’un disque dur


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Fig. 23 – Photo Intérieur d’un disque dur

Fig. 24 – Schéma d’un disque dur

• Stockage magnétique, environ 100 Go, debit environ 50Mo/s.


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Fig. 25 – Photo Lecteur de CDROM

Fig. 26 – Schéma Lecture d’un CDROM

• Stockage optique, DVD : comme CD avec trous plus petits et plusieurs couches.• CD = 700Mo, DVD = 4,7Go → 17Go (double face, double couche),

10Mo/s


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Fig. 27 – Codage des 0 et des 1 sur un CDROM


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Fig. 28 – Clé USB

Fig. 29 – Intérieur d’une clé USB (4 : mémoire flash)

• Stockage électrique (mémoire flash : piegeage d’électrons dans la grille flottanted’un MOS), 1 Go, 10Mo/s.


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2.3.4 Périphériques de communication

Fig. 30 – Carte réseau (micro-controleur)

Fig. 31 – Connecteur réseau (RJ45, AUI, BNC)

• Attention débit réseau → Mega-bit/s• 10Mbit/s, 100Mbit/s (le plus courant), 1Gbit/s.• Modem RTC : 56kbit/s, Modem ADSL : 20Mbit/s (dl) et 1Mbit/s (upload)• Wifi : 54Mbit/s


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Fig. 32 – Freebox HD (Ethernet, Wifi, USB)


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2.4 La mémoire

• Ordre de grandeur de la taille de la mémoire vive d’un ordinateur.

Fig. 33 – Barrettes mémoire (DDR-SDRAM, PC3200, 512Mo, 400MHz)

• PC3200 : 200MHz DDR → 400MHz en 64 bits → 3,2Go/s• Stocke l’information sous forme binaire (charge d’un condensateur, lecture/ecri-

ture avec transistor)

Fig. 34 – Schéma électrique d’une RAM

• Schema transitor+condensateur au tableau : Lecture/Ecriture• mémoire physique / mémoire virtuelle• unidimensionnelle, divisé en ”cases”(octet), chaque case est repéré par une adresse• On lit/écrit au minimum un octet à la fois.• deux parties : instructions et données.


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2.5 Le CPU

Fig. 35 – Pentium III (et mémoire cache)

Fig. 36 – Athlon 64

• Pentium III : 250nm, 450MHz, 8M transistors, 4GB RAM max, FSB 100MHz(800Mo/s), 15W, 1999, 32bits

• Pentium 4 : 90nm, 3,8GHz, 125M transistors, 64GB RAM max, FSB 6,4GB/s,100W, 2004, 32/64bits

• Ordre de grandeur CPU actuel• Que signigie CPU 64bits ? → 264 octets de mémoire virtuelle.• ALU, FPU, registres, mémoire cache• Schéma fetch, decode, exec• Modèle simplifié


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Fig. 37 – Ventirad (ventilateur + radiateur)

Fig. 38 – Vue Interne d’un processeur VIA C5


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3 Le codage de l’information

3.1 Les instructions du CPU

• Exemples d’instructions (en langage humain puis en langage machine)• Architecture IA-32 : ADD, CMP, JUMP, MOV, CALL• Le langage ”machine” : code op + [ opérande [s] ]• opérandes = registre, adresse mémoire, adresse périphérique• vi + hexdump sur compte.ia32.exe → notation hexadécimale• Le language machine est difficile à utiliser pour l’homme → assembleur• vi compte.ia32.s• Le langage assembleur depend du type de processeur → vi compte.ppc.s• ASM encore trop basique -> langage de plus haut niveau

Fig. 39 – Historique des Languages de programmation


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• impératif/fonctionnel/logique/orienté objet.• l’ordinateur ne comprend pas le langage C → Chaine de compilation• langages interprétés / compilé• Caractéristiques du langage C : universel, compact, près de la machine, portable,

structuré, rapide, extensible.

3.2 Codage des données

• nécessité du codage : limitation technologique, impossible de mettre des mots,chiffres, images en mémoire

• codage = correspondance nombre binaire ↔ mot, chiffre, image,...• impossible de savoir ce qui a été codé en binaire, exemple : 00101001 = 41 ? une

lettre ? une couleur ?

• notion de type = une taille + un codage• Il y a 10 types de personnes → on ne peut pas deviner le type.• Le type n’est pas écrit en mémoire, uniquement dans le programme.

3.2.1 Codage des nombres entiers

• entiers positifs : codage binaire naturel, de 0 à 65535 si 16bits (unsigned int enlangage C)

• Conversion décimal → binaire : reste des division par 2 successives.• entiers relatifs : nécessité d’un bit de signe.• problème binaire signé (représentation de zéro, addition).• complément à deux = complément à 1 + 1• 27 (décimal) = 16+8+2+1 = 0001 1011 = 0x1B• -27 = 1110 0100 + 1 = 1110 0101• 1110 0101 + 0001 1011 = 0 (sur 8 bits).• Conversion binaire → décimal : nombre négatif → -1 puis complément.• de −215 + 215 − 1 si 16 bits (int en C)

3.2.2 Codage des caractères

• http://www.joelonsoftware.com/articles/Unicode.html• Table de correspondance caractère ↔ binaire (entier > 0)• man ASCII• combien de bit on a besoin ? → ASCII (7bits)• Accents, symboles ISO-8859-1 (8bits)• UNICODE (>16bits, UTF-8 nombre de bits variable + compatible ASCII).• man unicode


http://www.joelonsoftware.com/articles/[email protected]


3.2.3 Codage des nombres réels

• (presque) toujours une valeur approchée• floating point = virgule flottante = notation exponentielle (signe,mantisse,exposant)• Norme IEEE 754, FPU, puissance de 2. Les nombres sont stockés sous la forme

|S|E|M| :n = −1S ∗ (1 + M) ∗ 2(exposant−biais)

• simple précision = 32 bits : 1 bit de signe, exposant 8 bits, 23 bits mantisse, biais= 127 ( float en C, obsolète).

• double précision = 64 bits (1,11,52), biais = 1023.• http://babbage.cs.qc.edu/courses/cs341/IEEE-754.html• 1 = (−1)0 ∗ (1 + 0) ∗ 2(127−127) = 0x3F80 0000• −0.5 = (−1)1 ∗ (1 + 0) ∗ 2(126−127) = 0xAF00 0000• On veut coder 17.15 :

17 = 100010.15 ≈ 2−3 + 2−6 + 2−7 + 2−10 + 2−11 + 2−14 + 2−15 + 2−18 + 2−19 + 2−22 + 2−230.15 ≈ 0.0010011001100110011001117.15 ≈ 10001.0010011001100110011001117.15 ≈ 1.00010010011001100110011 ∗ 24 = 0 10000011 0001001001100110011001117.15 ≈ 0100 0001 1000 1001 0011 0011 0011 001117.15 ≈ 0x4189 3333• Erreur relative 2−52 = 10−16

• Plage : 2−1023 à 21024 = 10−308 à 10308 (en valeur absolue).• symboles : NaN, + inf et − inf• 1982 : apres vingt-deux mois de cotations, l’indice de la bourse de Vancouver a

perdu la moitie de sa valeur. A chaque transaction, l’indice était tronqué au lieu d’êtrearrondi.

• 1991 : un missile Patriot n’intercepte pas un Scud et tue plusieurs dizaines depersonnes en retombant. Une erreur s’accumulait dans l’horloge du systeme d’inter-ception.

• 1992 : la composition du parlement du Schleswig-Holstein (Allemagne) est mo-difiée suite à la decouverte d’un arrondi incorrect dans le calcul des pourcentages.

• 1996 : Ariane 5 explose lors de son vol inaugural. Un registre etait trop petit pourcontenir une des valeurs calculees, ce qui provoqua un plantage du logiciel de guidage.

• Et caetera. Aucune defaillance materielle, l’erreur est humaine.

3.2.4 Notions sur les codages multimédias

• image, son, video• echantillonage (pour chaque couleur, pour chaque voie) + CAN et codage• compression destructive ou non.


http://babbage.cs.qc.edu/courses/cs341/[email protected]


• Exemple : PNG, JPEG, MPEG• Taille d’une photo JPEG, WAV, MP3, Film.

4 Architecture Logicielle

• Role du système d’exploitation• Compatibilité binaire/source (dépendances)


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1 Introduction1.1 Un ordinateur, à quoi ça sert?

2 Architecture materielle2.1 Structure d'un ordinateur2.2 Bus2.3 Périphériques2.3.1 Périphériques de sortie2.3.2 Périphériques de saisie2.3.3 Périphériques de stockage2.3.4 Périphériques de communication

2.4 La mémoire2.5 Le CPU

3 Le codage de l'information3.1 Les instructions du CPU3.2 Codage des données3.2.1 Codage des nombres entiers3.2.2 Codage des caractères3.2.3 Codage des nombres réels3.2.4 Notions sur les codages multimédias

4 Architecture Logicielle

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