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IUT de Nice Côte d"Azur

Département Informatique

Cours Architecture des ordinateurs 1/2Année 2006/2007 1

Cours Architecture des

Ordinateurs

1ère Année

IUT de Nice- Côte d"Azur

Département Informatique

Marie-Agnès PERALDI-FRATI

Maître de Conférences

map@unice.fr M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 2

Organisation de ce cours

• Cours , TD, TP = 25h - 6 séances de cours - 3 séances de TD - 7 séances de TP • Evaluation : - 2 examens de contrôle continu - 1 examen final • Dates : - Début du cours : 5 septembre - Fin du cours 12 Décembre (Examen final): • Intervenants : - Marie-Agnès Peraldi-Frati - Erol Acundeger - Gurvan Huiban M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Objectif du cours

• De quoi est composé un ordinateur microprocesseur, des mémoires, disque dur ...? • Quels sont les modèles sous-jacentsau fonctionnement d"une machine ? • Comment s"exécutent des programmessur un ordinateur ? • Quel est le lien entre le logicielet le matériel ? • Comment se fait l"interface avec l"extérieur (fonctionnement des divers périphériques) M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 4 Plan • Introduction - Différentes vues d "un ordinateur - Evolution et performance des machines • Représentation de l"information • Algèbre de Boole • Circuits séquentiels/Automates • Architecture type Von Neumann - Structure d"interconnexion : bus - La mémoire - l"unité centrale • Exemple d "un processeur Intel Pentium • Couche d"assemblage - langage - Modes d "adressage - Procédures M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Introduction

Les différentes " vues » d"un ordinateur

-Vue services -Vue matérielle -Vue fonctionnelle M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 6

Services rendus par un ordinateur

Traitement des donnéesRangement des donnéesEchange des données

Contrôle

Stockage de

l"information

Traitement des données

Transfert des

données M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Introduction

Les différentes " vues » d"un ordinateur

-Vue services -Vue matérielle -Vue fonctionnelle M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 8

Décomposition matérielle d"un

ordinateur • Un ordinateur est constitué de plusieurs parties : - souris - écran - clavier -unité centrale - lecteur de disquettes ... • A l"intérieur de l"unité centrale - une carte mère - une carte vidéo - des disques .... • Sur la carte mère - un microprocesseur - de la mémoire (ROM, RAM) ... • Dans le microprocesseurla puce M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Constitution d"une Puce

Illustration de la loi de Moore

•Une puce est un carré de silicium constitué de millions de transistors •l"intégrationdes transistors sur une puce suit la loi de Moore M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 10

Fabrication d"une puce

• Du Silicium (SI)...du sable... après l'oxygène, le constituant le plus massif et le plus répandu sur Terre.

• Un barreau de Silicium fabriqué dans un four à très haute température • Un Wafer(disque de Silicium Dopé) 30 cm de diamètre • Silicium est un semi-conducteur(certaines parties peuvent être plus ou moins conductrices) • Dépôt de couches de substrat

- (dépôt d"un produit photosensible , zones imprimées par ultraviolet, acide pour le décapage des zones, dépôt d"impuretés pour créer la connectivité)

• Création de transistors inter-connectés=> plusieurs puces sur un wafer • Découpage de la puce et tests

• Mise en boîtier et connexion des pattes du support avec les points de contacts de la puce => le

microprocesseur • 140 Millions de transistors sur le microprocesseur HP PA850 • Prix d"un transistor => 1$ en 1968 0,0000001$ en 2002 M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Un Wafer

Source L. Thenie Cadence Design Systems, Inc

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Interconnexions de pistes

• Finesse de gravure de la grille de silicium • Plus la gravure est fine, plus la fréquence d"horloge (exprimée en mégahertz) s"accroît et plus la consommation

électrique diminue

•Objectif=> moins de 0,08 microns entre deux pistes

Source L. Thenie Cadence Design Systems, Inc

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Vue Macroscopique d"une puce

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Introduction

Les différentes " vues » d"un ordinateur

-Vue services -Vue matérielle -Vue fonctionnelle M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Entrées/Sorties

Unité Centrale

de TraitementMémoire

Interconnexions

Interconnexions

UCUAL

Registres

Décodeur

RegistreSéquenceur

Contrôle

Mémoire

Décomposition fonctionnelle d"un

ordinateur M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 16

Fonctionnement d"une puce ?

• Une puce => carré de silicium constitué de millions de transistors qui manipulent des instructions et des données • Une puce de Pentium II exécute 500 millions instructions /seconde - Les informations arrivent de la RAM du PC dans la puce par le bus (BIU Bus Interface Unit) M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Comment fonctionne une puce ?

BIU M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 18

Comment fonctionne une puce ?

• Une puce => carré de silicium constitué de millions de transistors qui manipulent des instructions et des données • Une puce de Pentium II exécute 500 million instructions /seconde - Les informations arrivent de la RAM du PC dans la puce par le bus (BIU Bus Interface Unit) - L"information va dans un cache de code ou de donnée (CC,DC) M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Comment fonctionne une puce ?

BIU CC DC M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 20

Comment fonctionne une puce ?

• Une puce => carré de silicium constitué de millions de transistors qui manipulent des instructions et des données • Une puce de Pentium II exécute 500 million instructions /seconde - Les informations arrivent de la RAM du PC dans la puce par le bus (BIU Bus Interface Unit) - L"information va dans un cache de code ou de donnée (CC,DC) -L"unité de prédiction de branchement détermine le chemin optimum pour l"information (BPU) M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Comment fonctionne une puce ?

BIU CC DC BPU M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 22

Comment fonctionne une puce ?

• Une puce => carré de silicium constitué de millions de transistors qui manipulent des instructions et des données • Une puce de Pentium II exécute 500 million instructions /seconde - Les informations arrivent de la RAM du PC dans la puce par le bus (BIU Bus Interface Unit) - L"information va dans un cache de code ou de donnée (CC,DC) -L"unité de prédiction de branchement détermine le chemin optimum pour l"information (BPU) - Le décodeur d"instructiontraduit les instructions en opérations

élémentaires (DU)

- la station de réservationetbuffer de réordonnancement détermine l"ordre d"exécution le plus efficace (RU) M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Comment fonctionne une puce ?

BIU CC DC BPU RU IF/DU M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 24

Comment fonctionne une puce ?

• Une puce => carré de silicium constitué de millions de transistors qui manipulent des instructions et des données • Une puce de Pentium II exécute 500 million instructions /seconde - Les informations arrivent de la RAM du PC dans la puce par le bus (BIU Bus Interface Unit) - L"information va dans un cache de code ou de donnée (CC,DC) -L"unité de prédiction de branchement détermine le chemin optimum pour l"information (BPU) - Le décodeur d"instructiontraduit les instructions en opération

élémentaire (DU)

- la station de réservationetbuffer de réordonnancement détermine l"ordre d"exécution le plus efficace (RU) -l"unité d"exécutionexécute les opérations et rend les résultats dans le cache de donnée (EU) M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Comment fonctionne une puce ?

BIU CC DC BPU RU IF/DU EU M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 26

Comment fonctionne une puce ?

• Une puce => carré de silicium constitué de millions de transistors qui manipulent des instructions et des données • Une puce de Pentium II exécute 500 millions instructions /seconde - Les informations arrivent de la RAM du PC dans la puce par le bus (BIU Bus Interface Unit) - L"information va dans un cache de code ou de donnée (CC,DC) -L"unité de prédiction de branchement détermine le chemin optimum pour l"information (BPU) - Le décodeur d"instructiontraduit les instructions en opération

élémentaire (DU)

- la station de réservationetbuffer de réordonnancement détermine l"ordre d"exécution le plus efficace (RU) -l"unité d"exécutionexécute les opérations et rend les résultats dans le cache de données (EU) -l"unitéde virgule flottante (FPU) effectue les opérations arithmétiques M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Comment fonctionne une puce ?

BIU CC DC BPU RU IF/DU EU FPU M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 28

Comment fonctionne une puce ?

• Une puce => carré de silicium constitué de millions de transistors qui manipulent des instructions et des données • Une puce de Pentium II exécute 500 million instructions /seconde - Les informations arrivent de la RAM du PC dans la puce par le bus (BIU Bus Interface Unit) - L"information va dans un cache de code ou de donnée (CC,DC) -L"unité de prédiction de branchement détermine le chemin optimum pour l"information (BPU) - Le décodeur d"instructiontraduit les instructions en opération

élémentaire (DU)

- la station de réservationetbuffer de réordonancement détermine l"ordre d"exécution le plus efficace (RU) -l"unité d"exécutionexécute les opérations et rend les résultats dans le cache de donnée (EU) -l"unitéde virgule flottante (FPU) effectue les opérations arithmétiques - le cache de donnéetransfert ses résultats vers l"unité d"interface de bus qui les transmet à la RAM. M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique

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Comment fonctionne une puce ?

BIU CC DC BPU RU IF/DU EU FPU DC BIU M.-A. Peraldi-Frati-IUT de Nice Dép. Informatique 30

Evolution et générations des machines

Génération Dates Technologie Opérations/s

1 1946-57

Tubes à vide 40k

2 1958-64 Transistors 200K

3 1965-71 SSI-MSI 1M

4 1972-77 LSI 10M

5 1978- VLSI 100M

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Exemple de la famille des

microprocesseursIntel 4004

Pentium 4Pentium III

Pentium IIPentium

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Exemple de microprocesseurs

Processeur Date nombre de

transistorsfréquence quartzfréquence max (MHz)bits taille de la gravure (microns) 4004
nov-71 2300 0,108 0,108 4 ?

4040févr-722300 0,747 0,747 4 ?

8008avr-72 3500 0,3 0,3 8 ?

8080avr-74 6000 2 2 8 ?

8086juin-78 29000 5 10 16 ?

80286févr-82134000 6 12,5 16 ?

80386 DXoct-85 275000 16 33 32 ?

80486 DXavr-89 1200000 25 50 32 ?

Pentium P5mars-93 3100000 60 66 64 1

Pentiummars-93 3300000 90 120 32 0,6

Pentium prooct-95 5500000 150 200 32 0,6

Pentium IIjuil-97 7500000 200 450 64 0,35

Pentium IIImars-99 29000000 450 1000 128 0,18

Pentium 4nov-00 42000000 1400 1500 128 0,13

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Evolution des processeurs Motorola

•6800 en 1974. Processeur 8 bits développé par Chuck et Charlie

Melear.

•68000 en Septembre 1979. • il contenait 68000 composants. La société avait été retenue au départ, pour équiper le Personal Computer d"IBM mais le choix s"est porté ensuite sur Intel. Le 68000 fût intégré entre autres à des Stations Apollo et Silicon Graphics. On le retrouve bien sûr dans le Macintosh d"Apple. •68010 en 1984. Motorola créa une version optimisée de son

68000. Même si, à vitesse d"horloge égale, peu utilisé...

•68020 en Juin 1984. (Macintosh, Commodore Amiga 1200)

Processeur 16/32 bits

•68030 en 1986. (Macintosh, NeXT Cube, station Unix Hewlett-quotesdbs_dbs22.pdfusesText_28

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