Architecture Ordinateur

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Architecture de l'ordinateur [email protected] www.ELHAIDAOUI.site.tc

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Introduction 1. L’informatique Est une science qui s’occupe du traitement automatique de l’information. La base de cette science c’est l’information. Qui est un langage binaire, Elle comporte 0,1 (binaire)

2. Ordinateur (computer) Un ordinateur est un ensemble de circuit électronique permettant de manipuler des données sous formes binaire, Toute machine capable de manipuler les informations binaires peut être qualifié d’ordinateur.

C’est une machine électronique capable de traiter l’information [email protected]

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3. Type d’ordinateur Il y a deux grands standards de micro-ordinateurs : 1) Les PC compatibles : Très nombreuses marques (IBM, Compaq, Dell, etc.) et nombreux "clones" (copies fabriquées le plus souvent dans le Sud-Est Asiatique), Compatibles avec les produits MICROSOFT. 2) Les ordinateurs Apple : avec notamment la gamme des Macintosh, réputés pour la puissance de leur interface graphique. Ils sont capables de reconnaître et de lire des fichiers enregistrés au format PC, la réciproque n'étant pas vraie, pour des raisons visiblement management

* ordinateur de poche * ordinateur portable * ordinateur professionnel * ordinateur personnel

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et en 1998... en 1984 Ordinateur

Utilisateur

'

= matériel Hard

+

logiciel Soft

Système d’exploitation '

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Ordinateur

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1) Partie logicielle 1. Programme informatique Un programme informatique est constitué d'une suite d'instructions (ou ordres) exécutées par l'ordinateur pour accomplir une tâche particulière.

2. Langages de programmation Comme pour les langues naturelles (Français, Anglais, Russe, Chinois, etc.), il existe un grand nombre de langages de programmation. Certains sont adaptés à des domaines particuliers, d'autres dépendent de certains types d'ordinateurs, etc.

3. Exemples de langages de programmation

Basic (simple et très limité) Fortran (domaines scientifiques) Pascal (langage structuré, efficace pour les structures arborescentes) C (efficace pour le traitement des chaînes de caractères) Visual Basic (langage orienté objet, interfaces graphiques) Java (efficace pour des programmes en rapport avec Internet)

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4. Systèmes d'exploitation (Anglais: operating system, OS) Pour qu’un ordinateur soit capable de faire fonctionner un programme, il faut que la machine puisse effectuer un certain nombre d’opération préparatoire pour assurer les échanges d’information entre l’unité centrale et la mémoire et certain périphérique. C’est le système d’exploitation qui assure ces tâches. C’est un système qui établit les liens entre le matériel, l’utilisateur et les applications (traitement de texte, jeux…). D’autre part le système d’exploitation fournit un certain nombre d’outils pour gérer la machine. Il assure l’initialisation du système, gère les périphériques, en assurant des opérations aussi simples que l’affichage des caractères à l’écran ou bien la lecture du clavier, mais aussi le pilotage d’une imprimante ou d’un scanner.

C ’est un ensemble des programmes qui permet à exploiter les ressources matérielles 5. Exemples

MS DOS ( MicroSoft Disk Operating System): pour PC Microsoft Windows 3.x, Windows 95, 98, NT, 2000, XP,2003 : pour PC, mais plus convivial que MS DOS Mac OS : pour Macintosh UNIX, LINUX : pour PC

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Les premiers Systèmes d'Exploitation sur PC fonctionnaient en mode texte, à la différence du Mac OS qui avait adopté dès 83 une interface graphique. Les interfaces graphiques se sont généralisées sur PC à partir de 1990 (Windows 2, 3, 3.1, 95, 98,) Microsoft détient un quasi monopole des systèmes d'exploitation sur PC. Mais il existe aussi un système d'exploitation concurrent, appelé Linux, développé à l’origine par un étudiant finlandais, Linus

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6. Le concept d'interface graphique Contrairement à ce qu'on pourrait croire, ce concept est assez ancien et remonte aux années 60 1968 : Douglas C. Engelbart de la Stanford Research Institute fait une démonstration d'un environnement graphique avec des fenêtres à manipuler avec une souris. Il démontre dans cet environnement l'utilisation d'un traitement de texte, d'un système hypertexte et d'un logiciel de travail collaboratif en groupe. 1970 : Des chercheurs du PARC (Palo Alto Research Center), créé par la société Rank Xerox; mènent des recherches à long terme, sans visées d'applications commerciales. C'est là que furent imaginés les concepts de bureau électronique, de zone de travail, de fenêtre, d'icône, etc. On utilise la souris, ce petit boîtier électronique qui permet de déplacer sur l'écran. 1973 : Le premier prototype opérationnel de la station de travail Xerox Alto La station de travail conçue au PARC utilise le langage orienté objet SmallTalk, une interface graphique, une souris et peut être mise en réseau via Ethernet. 1975 : Le premier traitement de texte WYSIWYG (What You See Is What You Get) développé au PARC sur Xerox Alto 1981 : Pour essayer de tirer parti de toutes les bonnes idées mises au point avec l'Alto, Xerox commercialise le Star 8010, une machine qui intègre déjà une interface entièrement graphique utilisant au maximum le "Drag & Drop", le copier-coller 1983 : Apple présente un nouvel ordinateur exceptionnel : le Lisa (Local Integrated Software Architecture). C'est le premier ordinateur personnel à interface graphique. Mais du fait de son prix, cette machine rencontrera un succès limité (100000 exemplaires vendus).

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1984 : Commercialisation de l'Apple Macintosh au grand public. Comme le Lisa, le Macintosh s'utilise entièrement à la souris grâce à son interface graphique. Son prix plus raisonnable de $ 2500 (15000 F) permettra à la machine de remporter un grand succès. La simplicité de manipulation de l'interface graphique grâce à la présence de la souris autorisait n'importe qui à manipuler un ordinateur sans connaissances préalables, ce qui était loin d'être le cas pour un PC. 1984 : Digital Research commercialise son interface graphique GEM pour IBM PC. 1985 : Devant le succès du Macintosh, Microsoft met enfin sur le marché, au prix de $ 100, une modeste interface graphique qu'il appelle Windows (fenêtres), parce que le concept de fenêtre y jouait un rôle primordial ; la version 1, trop timide, est un échec, mais Windows s'améliore au fil des versions et se substituera au vieux MS-DOS à partir de la version Windows 95. Ce système d'exploitation, flanqué d'Internet Explorer depuis la version 98, est livré "par défaut" avec tout PC, A partir de 1991, le Web va offrir à Internet une dimension graphique.

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7. Les logiciels d'application Ensemble de programmes coopérant pour exécuter une tâche particulière C’est un ensemble de programmes dédier à un travail bien déterminé

8. Types et exemples de logiciels Type de logiciel

Définition

Exemples

Edition de textes

Saisie de textes simples, sans mise en page sophistiquée.

Bloc-notes (PC), SimpleText (MAC),

Traitement de textes

Saisie de texte avec mise en page sophistiquée, Word insertion d'images et de tableaux, etc. (version actuelle Word 2000).

Logiciels graphiques

Dessins et images

Paint Shop Pro (PC) Adobe Photoshop (PC et Mac) Adobe Illustrator (PC et Mac)

Tableur

Réalisation de tableaux de calculs (factures, bulletins de salaire, etc.)

Lotus Excel

Logiciels de Bases de Données

Réalisation de listes structurées d'éléments et leur exploitation.

DBase (PC) 4eDimension (Mac et PC) Access (PC)

SGBD

Système de gestion de bases de données : logiciel puissant pour la gestion et l'interrogation des bases de données.

Oracle Sybase Ingres, ...

Logiciels intégrés

Logiciels incluant à la fois des fonctionnalités Microsoft Works de traitement de texte, dessin, tableur et Claris Works base de données. [email protected]

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9. Un mot sur le multimédia

Par analogie aux médias de l'information: • Presse écrite (texte) • Radio (son) • Magazines (image fixe) • Télévision (image vidéo) Un ordinateur est dit multimédia s'il peut traiter et stocker des textes, des sons, des images fixes et des images vidéos.

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2) Partie Matérielle 1) Histoire de l'informatique (matériel) Par nature paresseux, l'homme a toujours cherché à simplifier et améliorer sa façon de calculer, à la fois pour limiter ses erreurs et gagner du temps. - 1500 av. J.C. (?) : Le Boulier. Il est toujours utilisé dans certains pays.

- en 1641 : La Pascaline (machine à calculer de Blaise PASCAL)

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- en 1937 : le Mark I d'IBM permet de calculer 5 fois plus vite que l'homme. Il est constitué de 3300 engrenages, 1400 commutateurs et 800 km de fil. Les engrenages seront remplacés en 1947 par des composants électroniques. - en 1943 : Colossus I Composé de 1 500 lampes et d'un lecteur de bandes capable de lire 5000 caractères à la seconde, ce calculateur électronique anglais a été conçu pour décoder des messages chiffrés.

- en 1947 : invention du transistor - en 1948 : UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer) Il utilise des bandes magnétiques en remplacement des cartes perforées. Il est composé de 5000 tubes, sa mémoire est de 1000 mots de 12 bits, il peut réaliser 8333 additions ou 555 multiplications par seconde. Sa superficie au sol est de 25m².

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- en 1958 : mise au point du circuit intégré, qui permet de réduire encore la taille et le coût des ordinateurs - en 1960 : l'IBM 7000, premier ordinateur à base de transistors. - en 1972 : l'Intel 4004 ; premier microprocesseur, voit le jour. - en 1980 : l'ordinateur familial

- en 1981 : IBM-PC (Personnal Computer)

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2. Modélisation

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3. Présentation du binaire Vers la fin des années 30, Claude Shannon démontra qu'à l'aide de « contacteurs » (interrupteurs) fermés pour « vrai » et ouverts pour « faux » il était possible d'effectuer des opérations logiques en associant le nombre 1 pour « vrai » et 0 pour « faux ». Ce langage est nommé langage binaire. C'est avec ce langage que fonctionnent les ordinateurs. Il permet d'utiliser deux chiffres (0 et 1) pour faire des nombres.

4. Le bit Le terme bit signifie « binary digit », c'est-à-dire 0 ou 1 en numérotation binaire. Il s'agit de la plus petite unité d'information manipulable par une machine numérique. Avec un bit on peut avoir soit 1, soit 0.

0 1

Avec 2 bits on peut avoir quatre états différents (2*2):

0 0 0 1 1 0 [email protected] 1 1 www.ELHAIDAOUI.site.tc

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Avec 3 bits on peut avoir huit états différents (2*2*2):

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

Avec huit bits on a 2*2*2*2*2*2*2*2=256 possibilités, c'est ce que l'on appelle un octet.

27 =128 26 =64 25 =32 24 =16 23 =8 22 =4 21 =2 20 =1 0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

Le plus petit nombre est 0, le plus grand est 255, il y a donc 256 possibilités Cette notion peut être étendue à n bits, on a alors 2n possibilités.

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5. L'octet L'octet est une unité d'information composée de 8 bits. Il permet de stocker un caractère, telle qu'une lettre, un chiffre.. Ce regroupement de nombres par série de 8 permet une lisibilité plus grande Une unité d'information composée de 16 bits est généralement appelée mot (en anglais word) Une unité d'information de 32 bits de longueur est appelée double mot (en anglais double word, d'où l'appelation dword).

6. KiloOctets Un kilo-octet (Ko) = 1024 octets 7. MégaOctets Un méga-octet (Mo) =1024 Ko=1 048 576 octets 8. Les opérations en binaire Les opérations arithmétiques simples telles que l'addition, la soustraction et la multiplication sont faciles à effectuer en binaire.

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Octet, Kilo-octet, Méga-octet : Un bit= 0 ou 1 Un octet est un ensemble de 8 bit. Un Kilo-octet (Ko) est un ensemble de 1000 octets. Un Méga-octet (Mo) est un ensemble de 1000 Kilo-octets Un Giga-octet (Go) est un ensemble de 1000 Méga-octets Un Téra-octet (To) est un ensemble de 1000 Giga-octets

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Des Questions ? [email protected] www.ELHAIDAOUI.site.tc

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3. Microprocesseur Le processeur (aussi appelé microprocesseur) est le cerveau de l'ordinateur. Il exécute les instructions des programmes grâce à un jeu d'instructions. Le processeur est caractérisé par sa mémoire cache et sa fréquence, c'est-à-dire la cadence à laquelle il exécute les instructions.

un processeur cadencé à 800 MHz effectuera 800 millions d'opérations par seconde.

Le premier microprocesseur (Intel 4004) a été inventé en 1971. Il s'agissait d'une unité de calcul de 4 bits, cadencé à 108 kHz. Depuis, la puissance des microprocesseurs augmente exponentiellement.

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Le tableau ci-dessous montre l'évolution technologique des microprocesseurs Intel :

Modèle

Année

Nb transistors

Horloge

Taille du registre interne

Largeur du bus de données

8088

1979

29 000

4,77 MHz

16 bits

8bits

80286

1982

134 000

8MHz

16 bits

16 bits

i386

1986

275 000

16 MHz

32 bits

16 bits

i486

1989

1,2 millions

33 MHz

32 bits

32 bits

Pentium

1993

3,3 millions

166 MHz

32 bits

32 bits

Pentium II

1997

7,5 millions

200 MHz

64 bits

32 bits

Pentium III

1999

9,5 millions

450 GHz

64 bits

32 bits

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DOS Windows 3.x Windows 95 WindowsNT

Windows 98

Windows 2000/XP

– – – – – – – – –

8086 (8MHz, 29m transistors) 80386 80486 Pentium Pentium Pro Pentium / MMX Pentium II Pentium III, AMD k7 Pentium IV (1600MHz, 42M transistors)

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Fonctionnement

Le processeur (noté CPU, pour Central Processing Unit) est un circuit électronique cadencé au rythme d'une horloge interne, grâce à un cristal de quartz qui, soumis à un courant électrique, envoie des impulsions, appelées « top ». La fréquence d'horloge (appelée également cycle, correspondant au nombre d'impulsions par seconde, s'exprime en Hertz (Hz). Ainsi, un ordinateur à 200 MHz possède une horloge envoyant 200 000 000 de battements par seconde. La fréquence d'horloge est généralement un multiple de la fréquence du système (FSB, Front-Side Bus), c'est-à-dire un multiple de la fréquence de la carte mère A chaque top d'horloge le processeur exécute une action, correspondant à une instruction ou une partie d'instruction. L'indicateur appelé CPI (Cycles Par Instruction) permet de représenter le nombre moyen de cycles d’horloge nécessaire à l’exécution d’une instruction sur un microprocesseur. La puissance du processeur peut ainsi être caractérisée par le nombre d'instructions qu'il est capable de traiter par seconde. L'unité utilisée est le MIPS (Millions d'Instructions Par Seconde) correspondant à la fréquence du processeur que divise le CPI.

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Instruction Une instruction est l'opération élémentaire que le processeur peut accomplir. Les instructions sont stockées dans la mémoire principale, en vue d'être traitée par le processeur. Une instruction est composée de deux champs : • le code opération, représentant l'action que le processeur doit accomplir ; • le code opérande, définissant les paramètres de l'action. Le code opérande dépend de l'opération. Il peut s'agir d'une donnée ou bien d'une adresse mémoire.

Code opération

Champ opérande

Le nombre d'octets d'une instruction est variable selon le type de donnée (l'ordre de grandeur est de 1 à 4 octets). Les instructions peuvent être classées en catégories dont les principales sont : Accès à la mémoire : des accès à la mémoire ou transferts de données entre registres. Opérations arithmétiques : opérations telles que les additions, soustractions, divisions ou multiplication. Opérations logiques : opérations ET, OU, NON, NON exclusif, etc. Contrôle : contrôles de séquence, branchements conditionnels, etc.

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3.1 Architecture minimum d’un microprocesseur Un microprocesseur peut être divisé en quatre grandes parties : a) Les registres Les registres sont des petites mémoires linéaires, à accès parallèle, dont la capacité peut varier d’un à plusieurs octets .On trouve trois styles de registres. les accumulateurs : Qui stockent le résultat de l’instruction traitée ; Le compteur ordinal (CO) : contenant l'adresse de la prochaine instruction à traiter ; Les registres d’instructions : Qui enregistrent le code de l’instruction qui vient d’être lue dans la mémoire et Ramenée dans le microprocesseur. ( contenant l'instruction en cours de traitement)

b) Le décodeur Le décodeur sert à animer les circuits électriques nécessaires à l’exécution de l’instruction lue. En faite, il gère la mise en place des portes logiques pour le bon déroulement de l’opération demandée.

c) Le séquenceur (Le circuit de commandes et de séquencement) (ou bloc logique de commande) chargé de synchroniser l'exécution des instructions au rythme d'une horloge. Il est ainsi chargé de l'envoi des signaux de commande(sont des signaux électriques permettant d'orchestrer les différentes unités

[email protected] du processeur participant à l'exécution d'une instruction ) ; www.ELHAIDAOUI.site.tc

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d) L’unité arithmétique et logique (UAL) L’UAL est chargée d’exécuter les opérations arithmétiques et logiques du programme.

3.2 Circulation de l’information dans un microprocesseur

On distingue 5 cycles pour exécuter une instruction : 1. 2. 3. 4. 5.

La recherche de donnée en mémoire (fetch) Lecture du code d'instruction Décode de l'instruction Superviser l'exécution de l'instruction Revenir au début

3.3 Les autres composants d'un microprocesseur a) La fréquence

En dehors de la famille du processeur, la fréquence est un élément déterminant de la vitesse de ce composant. Celle-ci est exprimée en MégaHertz (Mhz), soit en million de cycles à la seconde. Il convient de savoir qu'une opération effectuée par l'utilisateur peut correspondre à de nombreux cycles pour le processeur. Mais, plus la fréquence est élevée, plus le processeur réagira vite

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b) La mémoire cache La cache est une mémoire RAM très rapide (de l’ordre du nanoseconde) . Son but est d’accélérer le système en réalisant un tampon entre la mémoire vive et le microprocesseur. En effet, si le microprocesseur cherche une donnée et qu’elle se trouve dans la cache, le gain de temps s’en trouve réduit de l’ordre de 90 % (avec 64 Ko de cache) par rapport à un accès direct à la mémoire vive .

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Fabricant

Processeur 486 et compatibles

Socket 5

Intel Pentium

Socket 7

Intel Pentium MMX

Socket 7

Intel Pentium Pro

Socket 8

Intel Pentium II

Slot One

Intel Pentium III (première génération)

Slot One

Intel Celeron (première génération)

Slot One

Intel Pentium III (deuxième génération)

Socket 370

Intel Pentium 4

Socket 423

Intel Celeron (deuxième génération)

Socket 370

Intel Pentium Xeon

Slot Two

AMD K6

Socket 7

AMD Athlon (première génération)

Slot A

AMD Athlon (deuxième génération)

Socket A

AMD Duron

Socket A

Cyrix 6x86

Socket 7

Via Cyrix MII

Socket 7

Via Cyrix III

Socket 370

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Type de connexion

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il est possible de connecter un processeur Socket sur une carte mère possédant un Slot One. Pour cela, vous devez acheter un adaptateur Socket vers Slot One (voir photo) ; l'inverse n'est pas possible.

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Liste des principaux fabricants :

Nom du fabricant

AMD INTEL VIA-CYRIX

Adresse Internet

http://www.amd.com http://www.intel.fr http://www.via.com.tw

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1ère étape

Installer un processeur sur un connecteur "Socket"

Vous devez absolument vérifier que le connecteur "Socket" présent sur votre carte mère correspond bien à votre processeur.

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2ème étape Après avoir vérifié que votre connecteur "Socket" correspond bien à votre processeur, vous pouvez commencer l'installation. Pour cela, relevez le petit levier présent à côté du connecteur

3ème étape Pour installer le processeur, vous devez maintenant repérer l'encoche qui se trouve dans un de ses coins

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4ème étape Une fois que vous avez repéré l'encoche présente sur votre processeur, repérez là aussi sur votre connecteur "Socket" 5ème étape Alignez l'encoche du processeur avec celle du connecteur, puis mettez le processeur en place. Ce dernier doit glisser dans les trous du connecteur. Si vous devez pousser le processeur dans le connecteur, c'est que l'alignement n'est pas correct. Une fois le processeur en place, baissez le levier du connecteur. Pour éliminer la chaleur produit par le processeur, vous pouvez et cela est plutôt conseillé installer un petit ventilateur

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Installer un processeur sur un connecteur "Slot" 1ère étape Vous devez absolument vérifier que le connecteur "Slot" présent sur votre carte mère correspond bien à votre processeur. 2ème étape Après avoir vérifié que votre connecteur "Slot" correspond bien à votre processeur, vous pouvez commencer l'installation. Pour cela, il vous suffit d'enfoncer le processeur dans le connecteur et de refermer les taquets. Alignez bien les encoches du processeur (voir photo 2) avec celles du connecteur.

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3ème étape Pour éliminer la chaleur produit par le processeur, vous pouvez et cela est plutôt conseillé installer un petit ventilateur

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4 La carte Mère C'est la carte principale d'ordinateur, elle permet la connexion de l'ensemble des éléments essentiels de l'ordinateur

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1) Le Chipset de la carte-mère (Northbridge : contrôleur mémoire/ processeur) 2) Le socket A, support du processeur 3) Les slots mémoire (DDR dans notre cas) 4) Connecteur d'ailmentation ATX 5) Connecteur lecteur disquette 6) 2 x connecteurs lecteur CD/DVD/Disques durs 7) Port AGP 8) Ports PCI 9) Petits connecteurs de LED et de prises facultatives [email protected] 10) Chipset (contrôleur PCI, Disques durs..) www.ELHAIDAOUI.site.tc 11) Connecteurs apparaissants au dos du boîtier (PS2, LPTL, USB, son intégré...)

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4.1 Caractéristiques Il existe plusieurs façons de caractériser une carte mère, notamment selon les caractéristiques suivantes : 1234567-

le type d’alimentation (facteur d'encombrement), le chipset, le type de support de processeur, Les connecteurs de mémoire vive Les connecteurs d'extension les connecteurs d'entrée-sortie. Les bus

a) Le type d’alimentation On désigne généralement par le terme «

type d’alimentation » les caractéristiques électriques de la carte mère.

Afin de fournir des cartes mères pouvant s'adapter dans différents boîtiers de marques différentes, des standards ont été mis au point : AT baby / AT full format est un format utilisé sur les premiers ordinateurs PC du type 386 ou 486. ATX : Le format ATX est une évolution du format Baby-AT. Il s'agit d'un format étudié pour améliorer l'ergonomie. Ainsi la disposition des connecteurs sur une carte mère.

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b) Le chipset Est un circuit électronique chargé de coordonner les échanges de données entre les divers composants de l'ordinateur (processeur, mémoire...).

c) Le type de support de processeur La carte mère possède un emplacement (parfois plusieurs dans le cas de cartes mères multi-processeurs) pour accueillir le processeur, appelé support de processeur. On distingue deux catégories de supports : Slot one (en français fente) : il s'agit d'un connecteur rectangulaire dans lequel on enfiche le processeur verticalement Socket (en français embase) : il s'agit d'un connecteur carré possédant un grand nombre de petits connecteurs sur lequel le processeur vient directement s'enficher

d) Les connecteurs de mémoire vive La mémoire vive se présente sous la forme de barrettes qui se branchent sur les connecteurs de la carte mère. (DRAM, RAM, SDRAM, DDRAM).

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e) Les connecteurs d'extension Les connecteurs d'extension (en anglais slots) sont des supports dans lesquels il est possible d'insérer des cartes d'extension, c'est-à-dire des cartes offrant de nouvelles fonctionnalités ou de meilleures performances à l'ordinateur. Il existe plusieurs sortes de connecteurs :

Connecteur ISA (Industry Standard Architecture) : permettant de connecter des cartes ISA, les plus lentes fonctionnant en 16-bit Connecteur PCI (Peripheral Component InterConnect) : permettant de connecter des cartes PCI, beaucoup plus rapides que les cartes ISA et fonctionnant en 32-bit Connecteur AGP (Accelerated Graphic Port) : un connecteur rapide pour carte graphique(64 bit).

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f) Les connecteurs d'entrée-sortie La carte mère possède un certain nombre de connecteurs d'entrées-sorties regroupés sur le « panneau arrière ».

La plupart des cartes mères proposent les connecteurs suivants : Port série : permettant de connecter de vieux périphériques ; Port parallèle : permettant notamment de connecter de vieilles imprimantes ; Ports USB (1.1, bas débit, ou 2.0, haut débit) : permettant de connecter des périphériques plus récents ; Connecteur RJ45 (appelés LAN ou port ethernet) : permettant de connecter l'ordinateur à un réseau. Il correspond à une carte réseau intégrée à la carte mère ; Connecteur VGA : permettant de connecter un écran. Prises audio (entrée Line-In, sortie Line-Out et microphone) : permettant de connecter des enceintes acoustiques ou une chaîne hi fi, ainsi qu'un microphone. Ce connecteur correspond à la carte son intégrée.

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g) Les bus

Le bus d'adresses : transporte les adresses mémoire auxquelles le processeur souhaite accéder pour lire ou écrire une donnée. Il s'agit d'un bus unidirectionnel. Le bus de données véhicule les instructions en provenance ou à destination du processeur. Il s'agit d'un bus bidirectionnel.

Le bus de contrôle : transporte les ordres et les signaux de synchronisation en provenance de l’unité de commande et à destination de l'ensemble des composants matériels.

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5 Les mémoires

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5.1 Types de mémoires a) Mémoire vive La mémoire vive, généralement appelée RAM (Random Access Memory, traduisez mémoire à accès direct), est la mémoire principale du système, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un espace permettant de stocker de manière temporaire des données lors de l'exécution d'un programme.

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La ram c'est quoi ? Pour commencer, nous allons essayer de se rendre compte du rôle de la ram dans un système à travers une métaphore: Imaginons que le processeur soit un cuisinier et que son programme soit une recette de cuisine, tout comme un programme a besoin de données pour s'exécuter, cette recette de cuisine a besoin d'ingrédient pour être réalisée. Quand notre cuisinier cherche un élément il a plusieurs endroit ou chercher : Le plan de travail, qui a l'avantage d'être toujours a porter de main mais qui ne peu pas stocker beaucoup d‘élément. -> C'est la mémoire interne du microprocesseur : la cache -Le frigidaire, qui permet de stocker suffisamment d‘élément pour faire quelques recettes. Mais qui demande au cuisinier de se déplacer ce qui lui prend du temps ou il aurait pu cuisiner -> c'est la RAM - Le supermarché où il y a toutes les données mais s'y approvisionner prend du temps. -> C'est le disque dur Si le cuisinier a besoin d'un élément qui n'est pas sur le plan de travail, il ira le chercher dans le frigidaire, et si il n'est pas dans le frigidaire il devra aller le chercher au supermarché ce qui est très long. On comprend donc que le cuisinier doit essayer d'avoir au maximum les éléments nécessaires à sa recette dans son frigidaire pour ne pas trop souvent perdre du temps à aller au supermarché.

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Pour le microprocesseur, c'est la même chose : Si une donnée n'est pas dans son cache il devra aller le chercher en ram, ce qui est dix fois plus long certes mais est raisonnable a l'échelle d'un programme. Par contre si les donnes n'est pas en ram il devra aller les chercher sur le disque dur ce qui est très long. Pour ne pas constamment attendre le disque dur, le microprocesseur doit absolument pré charger les données en ram. Donc la ram c'est quoi ? C'est un espace de stockage qui permet de faire tampon entre le microprocesseur et les périphériques de stockage comme le disque dur.

Pourquoi la ram ?

Bien sur on peut se dire mais pourquoi ne pas directement tout mettre dans la mémoire interne du microprocesseur et oublier la ram et le disque dur ? Ça serait la solution idéale puisque le microprocesseur serait toujours en train de travailler. La réponse est toute simple : le prix La mémoire cache coûte très cher : il y a 700 euros de différence entre un P4 2Mo de cache et P4 0,5 Mo de cache La ram c'est beaucoup moins cher

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Évolution de l'utilisation de la ram

Depuis la naissance de l'informatique moderne, La RAM a dont toujours été un composant primordial. Et elle a évoluée avec les besoins toujours plus important notamment a cause des interfaces graphiques, du multimédia et de l'utilisation de toujours plus de librairies pour faciliter la programmation. On a pu observer une croissance exponentielle de l'utilisation de la ram dans les ordinateurs depuis les vingt dernières années

Petite comparaison des bandes passantes mémoires

DRAM EDO

= 4 Octets (= 32 bits) x 66 MHz = 264 Mo/s

PC-133 SDRAM = 8 Octets (= 64 bits) x 133 MHz = 1064 Mo/s RDRAM 800

1992 1999

= 2 Octets (= 16 bits) x 800 MHz = 1600 Mo/s

DDR-SDRAM 133= 8 Octets (= 64 bits) x 266 MHz = 2128 Mo/s DDR-SDRAM 200= 8 Octets (= 64 bits) x 400 MHz = 3200 Mo/s [email protected] www.ELHAIDAOUI.site.tc

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Fonctionnement interne La manière dont l'information est stockée est comparable à un tableau constitué de lignes et de colonnes. L'intersection d'une ligne et d'une colonne forme une cellule appelée " point de mémoire ". Ce point mémoire est en faite un petit condensateur qui permet le stockage du bit d'information. Si le condensateur est charge, alors sa valeur est 1 sinon elle est zéro. Il faut donc pour accéder à une information, posséder son numéro de ligne et de colonne. Nous appellerons ceci adresse mémoire. Quand le microprocesseur a besoin d'une information en ram, il fait une demande au contrôleur de mémoire qui se charge alors de retrouver l'information en allant à la bonne ligne et la bonne colonne.

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Le futur de la mémoire (MRAM) La MRAM est certainement la technologie que l'on a le plus de chance de voir arriver dans les dix prochaines années, sa particularité étant qu'elle n'utilise pas de charge électrique pour stocker les bits mais une charge magnétique, comme les disques durs par exemple. Les données sont stockées entre deux couches de fer magnétise. Les bits sont codés en orientant les carges magnétiques, dans le sens parallèle ou non parallèle, ce qui crée une différence de potentiel entre les deux couches. cette technologie permet de cumuler les avantages des différentes RAM disponibles actuellement : -

elle a la vitesse de la SRAM (utilisée pour la mémoire cache) avec un temps d'accès d'environ 10 ns. la haute capacité et le coût réduit de la SDRAM. et enfin, la non volatilité de la Flash Memory. De plus, elle a une consommation très faible.

les autres voies Il y a trois technologies principale qui sont aujourd'hui explores dans le domaine des composants informatique : - L'utilisation de la lumière au lieu de l'électricité, - L'utilisation de cellule ou protéine permettrais elles d'augmenter considérablement les capacités de stockage - La nanotechnologie qui consistera plus à réduire la taille des composants.

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b) Mémoire morte ROM La mémoire morte, appelée ROM pour Read Only Memory (traduisez mémoire en lecture seule) est un type de mémoire permettant de conserver les informations qui y sont contenues même lorsque la mémoire n'est plus alimentée électriquement. A la base ce type de mémoire ne peut être accédée qu'en lecture.

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Type

Signification

Caractéristique

ROM

Read Only Memory / Mémoire à lecture seule

Conserve des informations non modifiables

PROM

Programmable Read Only Memory / Mémoire à lecture seule programmable

Peut ètre programmée qu'une seule fois

EPROM

Erasable Programmable Read Only Memory / Mémoire à lecture seule programmable et effaçable

Peut être effacée aux rayons U.V

EEPRO Electrically Erasable Read Only Memory / Mémoire à M lecture seule effaçable électriquement

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Peut ètre effacée à l'aide d'impulsions électriques

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c) Mémoire flash (bios)

La mémoire flash est un compromis entre les mémoires de type RAM et les mémoires mortes. En effet, la mémoire Flash possède la non-volatilité des mémoires mortes tout en pouvant facilement être accessible en lecture ou en écriture.

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6 Disque dur (Mémoire de masse) Le disque dur est l'organe servant à conserver les données de manière permanente, contrairement à la mémoire vive, qui s'efface à chaque redémarrage de l'ordinateur, c'est la raison pour laquelle on parle parfois de mémoire de masse pour désigner les disques durs.

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1. Caractéristiques techniques Capacité : volume de données pouvant être stockées sur le disque. Taux de transfert (ou débit) : quantité de données pouvant être lues ou écrites sur le disque par unité de temps. Il s'exprime en bits par seconde. Vitesse de rotation : vitesse à laquelle les plateaux tournent, exprimée en tours par minutes (notés rpm pour rotations par minute). La vitesse des disques durs est de l'ordre de 7200 à 15000 rpm. Plus la vitesse de rotation d'un disque est élevée meilleur est le débit du disque. Mémoire cache (ou mémoire tampon) : quantité de mémoire embarquée sur le disque dur. La mémoire cache permet de conserve les données auxquelles le disque accède le plus souvent afin d'améliorer les performances globales ; Interface : il s'agit de la connectique du disque dur. Les principales interfaces pour disques durs sont les suivantes : • IDE

• SCSI • Serial ATA

Il existe par ailleurs des boîtiers externes permettant de connecter des disques durs en USB.

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Le disque dur d’un ordinateur se compose d’un ensemble de plateaux circulaires, recouverts d’une couche de matériau magnétique qui permet l’enregistrement de données. Un ordinateur fonctionne de manière binaire, il faut donc stocker les données sous forme de 0 et de 1. Les têtes de lecture/écriture sont dites "inductives" : elles sont capables de générer un champ magnétique qui soit positif ou négatif permet de polariser la surface du disque en une très petite zone, ce qui se traduira lors du passage en lecture par des changements de polarité induisant un courant dans la tête qui sera ensuite transformer par un convertisseur analogique numérique (CAN) en 0 et en 1 compréhensibles par l'ordinateur.

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Comment Installer un disque dur Serial ATA

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Comment Installer un disque dur IDE

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7. La carte graphique La carte graphique (en anglais graphic adapter), parfois appelée carte vidéo, est l'élément de l'ordinateur chargé de convertir les données numériques à afficher en données graphiques exploitables par un périphérique d'affichage. Le rôle de la carte graphique était initialement l'envoi de pixels graphique à un écran.

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7.1 Processeur graphique (appelé GPU, pour Graphical Processing Unit) Constituant le coeur de la carte graphique et chargé de traiter les images.

7.2 La mémoire vidéo Chargée de conserver les images traitées par le processeur graphique avant l'affichage.

7.3 Le BIOS vidéo Contient les paramètres de la carte graphique, notamment les modes graphiques que celle-ci supporte.

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1 - le connecteur agp : c est par la que sont envoyer les informations. 2 - se sont les mémoires comme sur nos barettes de ram. 3 - sous ce ventilo se cache le GPU ( Graphical Processing Unit ) autrement dit processeur graphique. 4 - La prise VGA, les données sont envoyer de façon analogique par cette sortie. 5 - La sorie TV, c est une sortie qui se relie a un cable s-viseo qui permet d envoyer l imge analogique vers une télé. 6 - La prise DVI, les données sont envoyer de façon numérique par cette sortie. ( il est utilisé avec les ecran plat )

[email protected] 7 - Le RAMDAC ( random access memory digital-analog converter ) il sert a convertir les image numérique stocker82 dans la www.ELHAIDAOUI.site.tc memoire

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8. La Carte son

La carte son est une carte électronique qui permet de générer et d'enregistrer des signaux audio..

9. L'écran L'écran est l'appareil qui sert à afficher le signal provenant de la carte vidéo de l'ordinateur. Actuellement, on peut trouver sur le marché deux types d'écrans, à savoir les écrans standards qui utilisent un tube cathodique (voir photo) et les écrans plats LCD (Liquid Crystal Display).

10. L'imprimante

L'imprimante est un périphérique qui permet de reproduire sur papier, des textes ou des images provenant de l'ordinateur.

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11 Le lecteur de CD-ROM & DVD-ROM Le lecteur de CD-ROM (Compact Disc, Read Only Memory) est un périphérique de stockage qui permet la lecture de disques optiques, tels que les CD audio ou encore les CD de données. Possédant un plus par rapport au lecteur de CD-ROM, le DVD-ROM (Digital Versatile Disc, Read Only Memory) permet la lecture de disque au format DVD (Digital Versatile Disc). 12 Le graveur

Le graveur est un périphérique de stockage qui permet d'écrire des données sur des CD (CD-R ou CD-RW). Actuellement, Il existe 2 types de graveur. Il y a les graveurs CD-R (Compact Disc, Recordable) qui peuvent lire et enregistrer une seul fois sur le même CD. Et les CD-RW (Compact Disc, Re-writable) qui peuvent lire et enregistrer plusieurs fois sur le même CD.

13 Le scanner Le scanner est un périphérique qui permet de convertir une image ou du texte sous une forme numérique. Autrement dit, le scanner est semblable à un photocopieur : il prend une photo d'une l'image ou d'un texte et la transfère à l'ordinateur.

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14 La webcam

est un périphérique qui permet de capturer des images fixes ou animées.Autrement dit, la webcam est semblable à une caméra : elle capture des images et les transfèrent à l'ordinateur.

15 Le modem Le modem est un périphérique qui permet à un ordinateur de se connecter à Internet, mais aussi à un autre ordinateur.

15 Le boîtier

Le boîtier est le coffret compartimenté qui accueille tous les composants de l'ordinateur (carte mère, lecteur de CD-ROM, etc.).

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16 La carte SCSI

La carte SCSI (Small Computer System Interface) est une carte électronique qui permet de créer un lien entre l'ordinateur et certains périphériques. Ce type de carte offre une très grande vitesse de transfert de données et permet de brancher de 7 à 15 périphériques. Cette carte se trouve à l'intérieur de l'ordinateur.

17 Le clavier Le clavier est un périphérique qui permet la saisie des informations en direction de l'ordinateur.

18 Les haut-parleurs

Les haut-parleurs sont des périphériques qui permettent d'émettre le son généré par l'ordinateur.

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19 La souris

La souris est un périphérique qui permet de naviguer dans les différentes applications de l'ordinateur.

20 Lecteur zip

permettant de stocker à long terme des données sur un support amovible. Actuellement, il existe plusieurs périphériques de sauvegarde. Il y a les célèbres lecteurs Iomega® Zip®

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21 La carte réseau

La carte réseau (appelée Network Interface Card en anglais et notée NIC) constitue l’interface entre l’ordinateur et le câble du réseau. La fonction d’une carte réseau est de préparer, d’envoyer et de contrôler les données sur le réseau.

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Qu'est-ce qu'une interruption (IRQ)? Puisque le processeur ne peut pas traiter plusieurs informations simultanément (il traite une information à la fois, le multitâche consiste à alterner des morceaux d'instructions de plusieurs tâches différentes), un programme en cours d'exécution peut grâce à une interruption être momentanément suspendu, le temps que s'exécute une routine d'interruption. Le programme interrompu peut ensuite reprendre son exécution. Il existe 256 adresses d'interruption différentes. Une interruption devient une interruption matérielle lorsqu'elle est demandée par un composant matériel de l'ordinateur. En effet, il existe dans l'ordinateur de nombreux périphériques. Ceux-ci ont généralement besoin d'utiliser les ressources du système, ne serait-ce que pour communiquer avec lui... Ainsi, lorsque ceux-ci ont besoin d'une ressource, ils envoient parfois au système une demande d'interruption pour que ce dernier leur prête son attention. Ainsi, les périphériques ont un numéro d'interruption, que l'on appelle IRQ (Interruption request, ce qui signifie «requête d'interruption»). A titre d'image, chaque périphérique tire une «ficelle» reliée à une cloche pour signaler à l'ordinateur qu'il veut qu'il prête attention à lui.

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Qu'appelle-t-on DMA ? Des périphériques ont régulièrement besoin d'"emprunter de la mémoire" au système afin de s'en servir comme zone de tampon (en anglais buffer), c'est-à-dire une zone de stockage temporaire permettant d'enregistrer rapidement des données en entrée ou en sortie. Un canal d'accès direct à la mémoire, appelé DMA (Direct Memory Access soit Accès direct à la mémoire), a ainsi été défini pour y remédier. Le canal DMA désigne un accès à un emplacement de la mémoire vive (RAM) de l’ordinateur, repéré par une « adresse de début » (ou «RAM Start Address» en anglais) et une « adresse de fin ». Cette méthode permet à un périphérique d'emprunter des canaux spéciaux qui lui donnent un accès direct à la mémoire, sans faire intervenir le microprocesseur, afin de le décharger de ces tâches.

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Adresses de base Les périphériques ont parfois besoin d'échanger des informations avec le système, c'est pourquoi des adresses mémoire leur sont assignées pour l'envoi et la réception de données. Ces adresses sont appelées «adresses de base» (les termes suivants sont également parfois utilisés : «ports d'entrée/sortie», «ports d'E/S», «adresse d'E/S», «adresses de ports d'E/S», «ports de base», ou en anglais I/O address qui signifie «Input/Output Address», littéralement «Adresse d'entrée - sortie»). C'est par l'intermédiaire de cette adresse de base que le périphérique peut communiquer avec le système d'exploitation. Il ne peut donc exister qu'une adresse de base unique par périphérique.

Voici une liste de quelques adresses de base courantes : 060h - clavier 170h/376h - contrôleur IDE secondaire 1F0h/3F6h - contrôleur IDE primaire 220h - carte son 300h - carte réseau 330h - carte adaptatrice SCSI 3F2h - contrôleur de lecteur de disquettes 3F8h - COM1 2F8h - COM2 3E8h - COM3 2E8h - COM4 378h - LPT1 278h - LPT2

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Pourquoi y a-t-il des conflits matériels ? Une interruption est donc une ligne reliant un périphérique avec le processeur, l'interruption est matérielle lorsqu'elle est demandée par un composant matériel du PC. C'est le cas, par exemple, lorsqu'une touche a été frappée et que le clavier veut attirer l'attention du processeur sur cet événement. Mais les 256 interruptions ne peuvent pas toutes être demandées comme des interruptions matérielles. Les différents périphériques appellent toujours des interruptions bien précises. Ainsi, lors de l'installation de cartes d'extension, il faut veiller, au moment de la configuration, à ce que la même interruption ne soit pas utilisée par deux périphériques différents. En effet, si deux périphériques ont le même IRQ, le système ne saura pas à quel matériel il doit donner la main ... le système se bloque ou fonctionne anormalement ... on appelle ça un conflit matériel. Un conflit matériel ne se produit pas uniquement pour deux périphériques ayant la même interruption matérielle, il peut aussi y avoir un conflit lorsque deux périphériques ont la même adresse d'entrées/sorties ou sont assignés aux mêmes canaux DMA.

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Comment configurer les IRQ des périphériques L'IRQ d'une carte peut donc être modifié, car il faut lui allouer un numéro d'IRQ non utilisé par un autre périphérique. Sur les anciens périphériques il est fixé grâce à des jumpers (cavaliers) présents sur la carte. Sur les cartes récentes (comportant un BIOS Plug & Play), le paramètrage des ressources (IRQ, DMA, Adresses d'entrée-sortie) se fait grâce à un petit utilitaire (souvent sous DOS) fourni avec la carte réseau (il s'appelle généralement setup.exe, install.exe, ezconf.exe, config.exe, ...) il permet de modifier logiciellement les valeurs de l'IRQ, DMA, ... Il faut généralement désactiver le mode plug & play pour pouvoir modifier les paramètres manuellement. Enfin, de nombreuses cartes sont paramétrables à loisir (il est possible d'affecter une valeur d'IRQ sous Windows). C'est notamment le cas de la plupart des cartes sons. Il n'est pas toujours évident d'arriver à trouver des ressources pour tous les périphériques, voici donc les ressources déjà utilisées et qui ne peuvent donc pas être assignées à vos cartes d'extension :

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IRQ 0

Horloge interne

1

clavier

2

contrôleur d'interruptions programmable Renvoi vers les IRQ 8 à 15

3

port de communication COM2/COM4

4

port de communication COM1/COM3

5

libre

6

contrôleur de disquettes

7

port imprimante LPT1

8

CMOS (Horloge temps réel)

9

libre

10

libre

11

libre

12

port souris PS2/libre

13

processeur numérique de données (Coprocesseur mathématique)

14 15

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Périphérique

contrôleur de disques durs primaire (IDE) [email protected] www.ELHAIDAOUI.site.tc contrôleur de disques durs secondaire (IDE)

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Pourquoi y a-t-il des conflits matériels Une interruption est donc une ligne reliant un périphérique avec le processeur, l'interruption est matérielle lorsqu'elle est demandée par un composant matériel du PC. C'est le cas, par exemple, lorsqu'une touche a été frappée et que le clavier veut attirer l'attention du processeur sur cet événement. Mais les 256 interruptions ne peuvent pas toutes être demandées comme des interruptions matérielles. Les différents périphériques appellent toujours des interruptions bien précises. Ainsi, lors de l'installation de cartes d'extension, il faut veiller, au moment de la configuration, à ce que la même interruption ne soit pas utilisée par deux périphériques différents. En effet, si deux périphériques ont le même IRQ, le système ne saura pas à quel matériel il doit donner la main ... le système se bloque ou fonctionne anormalement ... on appelle ça un conflit matériel. Un conflit matériel ne se produit pas uniquement pour deux périphériques ayant la même interruption matérielle, il peut aussi y avoir un conflit lorsque deux périphériques ont la même adresse d'entrées/sorties ou sont assignés aux mêmes canaux DMA.

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Comment configurer les IRQ des périphériques L'IRQ d'une carte peut donc être modifié, car il faut lui allouer un numéro d'IRQ non utilisé par un autre périphérique. Sur les anciens périphériques il est fixé grâce à des jumpers (cavaliers) présents sur la carte. Sur les cartes récentes (comportant un BIOS Plug & Play), le paramètrage des ressources (IRQ, DMA, Adresses d'entrée-sortie) se fait grâce à un petit utilitaire (souvent sous DOS) fourni avec la carte réseau (il s'appelle généralement setup.exe, install.exe, ezconf.exe, config.exe, ...) il permet de modifier logiciellement les valeurs de l'IRQ, DMA, ... Il faut généralement désactiver le mode plug & play pour pouvoir modifier les paramètres manuellement. Enfin, de nombreuses cartes sont paramétrables à loisir (il est possible d'affecter une valeur d'IRQ sous Windows). C'est notamment le cas de la plupart des cartes sons. Il n'est pas toujours évident d'arriver à trouver des ressources pour tous les périphériques, voici donc les ressources déjà utilisées et qui ne peuvent donc pas être assignées à vos cartes d'extension :

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Le scénario de fonctionnement de l'ordinateur

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Voici un tableau qui va vous permettre d'interpréter ces bips :

Nombre de bips

D'où vient le problème ?

2

mémoire vive

3 (1 long et 2 courts)

carte graphique

4

horloge interne

5

erreur d'accès au processeur

6

clavier

7

processeur

Voici un tableau qui va vous permettre d'interpréter ces codes : Code de l'erreur

D'où vient le problème ?

101-199

carte mère

201-299

mémoire vive

301-399

clavier

601-699

lecteur de disquettes

901-999

port parallèle (port de l'imprimante)

1101-1199

port série

1300

port MIDI (ou joystick)

1701-1799

disque dur

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Réalisé Par : EL HAIDAOUI Youssef Ingénieur En Informatique Prof En Informatique Depuis 2001 Email : [email protected] Tel : 0021266950863

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