COMMENT MARCHE UN ORDINATEUR - Plutôt bien, en fait Enfin malgré tout - Espace 19
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COMMENT MARCHE UN
ORDINATEUR
(Plutôt bien, en fait…
… Enfin malgré tout …
… il ne faut pas oublier de l’allumer!)
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 1D’abord, voyons comment c’est fichu
c’truc-là
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 2L’unité de traitement
L’intelligence, le cerveau? Pas sûr!
• Le microcontrôleur: Machine à café, Télécommande, Lave-linge
- Processeur
- Mémoires (programme et données)
- Entrées/Sorties
• Le microprocesseur: Ordinateurs (Personnels, Mainframes)
- Processeur (1 à 4, 8 ,16…)
• Le méga-processeur: Super-ordinateurs (Météo)
- Processeurs (milliers)
Tous ces formidables processeurs sont en fait… complétement dénués
d’intelligence. Mais ils sont très obéissants.
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 3Les Entrées-Sorties
• Entrées:
– Clavier
– Souris
– Scanner
– Webcam
– Micro
• Sorties:
– Ecran
– Imprimante
– Haut-parleurs
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 4Les bus système
(Maintenant, si vous préférez le métro…)
A part un véhicule vert, c’est quoi un bus?
Tout bêtement, un groupe de signaux électriques comme:
- Les contrôles de la RAM: sélection, lecture/écriture…
- Les adresses de la RAM: où l’on va dans la mémoire
- Les données de la RAM: Les informations contenues dans la mémoire:
Sur 8, 16, 32 ou 64 bits en parallèle.
Un bus 64 bits échange les informations 2 fois plus vite qu’un bus 32 bits
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 5Les mémoires
(Là où l’on range programmes et données)
Par ordre de taille:
– Cache: Dans le microprocesseur, faible taille, rapide, volatile
– RAM: Sur carte-mère, taille moyenne, assez rapide, volatile
– SSD: Dans boîtier ou sur carte-mère, lent, non volatile
– Disque dur: Dans boîtier, grande taille, très lent, non volatile
Et on réalise avec horreur que:
– Il y en a des petites et des grandes
– Il y en a des rapides et des lentes
– Il y en a des permanentes et des volatiles
Et que pas une n’a toutes les qualités à la fois.
C’EST POUR CELA QUE LES ORDINATEURS SONT CONÇUS AINSI
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 6Comparons les mémoires
Donc, il n’existe pas encore (ça viendra) de mémoire universelle, qui serait:
- aussi rapide que le processeur (~GHz),
- de très grande capacité (~To),
- non volatile
Actuellement:
Capacité
Vitesse
Disque Dur SSD RAM Cache
~To+ ~To ~Go ~Mo
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 7On récapitule:
• Cache: Electronique, dans le microprocesseur. Vitesse maximum, faible
capacité (Mo), volatile.
• RAM: Electronique, sur la carte-mère. Vitesse élevée,
capacité moyenne assez adaptée à l’ordinateur (Go),
volatile.
• Solid State Drive (SSD):
Electronique, sur la carte-mère ou dans le boîtier, vitesse faible,
capacité assez élevée (en progrès constant), non volatile.
• Disque Dur (HDD):
Electromécanique, dans le boîtier, vitesse très faible,
capacité très élevée (To), non volatile.
Conclusion: Pour assurer une performance acceptable, les programmes et
données en cours d’utilisation doivent se trouver dans la RAM
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 8Un peu de logiciel
(C’est pas ma tasse de thé, mais y n’en faut)
• Système d’exploitation (OS)
Logiciel qui contrôle l’ordinateur:
- Matériel: Ecran, clavier, souris, disque dur, réseau…
- Logiciel :
Lancement des applications
Arrêt des applications
Gestion mémoire
Windows, Mac-OS, Linux
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 9Un exemple de programme
(Qui démontre la formidable intelligence d’un processeur)
Examinons l’activité du programme de gestion du clavier:
Début: Quelqu’un a appuyé sur une touche?
o Non? Chic, je continue à glander (retour au Début)
o Oui? Zut, faut que j’aille bosser:
Je relève le code de la touche
Je l’envoie au chef
Je recommence à attendre (retour au début)
OK, c’est un peu caricatural, mais…
Cet exemple illustre le fonctionnement de n’importe quel ordinateur. Le
processeur, comme un simple soldat, fait ce qu’on lui ordonne sans discuter.
La valeur d’un ordinateur se trouve donc dans:
- La complexité et la qualité de ses programmes
- La capacité du processeur a exécuter ses ordres très rapidement
(près de 100 Milliards d’instructions par seconde actuellement)
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 10Organisation logicielle
(Organisation??? Faut pas exagérer quand même…)
• Les programmes d’un ordinateur sont organisés en couches:
– De moins en moins puissantes (et volumineuses)
– De plus en plus liées au matériel
• Du haut vers le bas:
– Les applications (ou programmes): Traitement de texte, Navigateur Internet,
Messagerie, Traitements images/audio/vidéo, etc.
Le ‘chef’ des programmes est l’OS (Il ne faut pas qu’il se la pète trop non plus: le chef de
l’OS est… l’utilisateur).
– Les drivers: On peut considérer qu’ils sont formés de deux couches:
• La couche d’abstraction: Par exemple, un fichier est fourni à l’application de la
même manière quelle que soit son origine (disque dur ou optique, clé ou disque
USB externe, réseau).
• La gestion des composants matériels (Firmware) qui se charge de manipuler les
composants électroniques pour répondre aux demandes du driver.
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 11Assez de théorie
Comment ça marche tout ça?
Commençons par allumer l’ordinateur:
Un élément intervient en premier: L’alimentation
– Transforme la tension 220V du réseau électrique en voltages
utilisables par les composants de l’ordinateur, En général une
bonne demi-douzaine allant de 0,8V à 12V
– De plus, pour les ordinateurs portables, est capable d’utiliser la
tension de batterie (de l’ordre de 20V) à la place du 220V.
Comporte également l’électronique de contrôle de la charge et de
la décharge de la batterie.
Tout le monde a sa ration d ’électrons?
Alors, au boulot!
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 12Le microprocesseur n’a pas assez à manger?
(Alors, nourrissons-le en instructions)
Là, ça commence à se gâter: Le processeur est conçu pour
trouver programmes et données dans la RAM, mais….
Au démarrage de l’ordinateur, il n’y a rien dans la RAM!
Heureusement, même si le processeur est le plus efficace
lorsqu’il trouve ses informations dans la RAM, il peut quand
même (à titre exceptionnel et c’est bien parce que c’est vous)
aller en chercher ailleurs (qu’il se dépêche d’ailleurs de recopier
dans … la RAM! (il y est si bien, il ne peut pas résister…),
DONC…
(là, il faudrait penser à changer de diapo, eh patate!)
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 13La première nourriture du processeur
(la becquée, en quelque sorte)
• Le processeur trouve ses premières instructions dans une petite mémoire
(Flash), non volatile bien sûr. On appelait ça le BIOS, devenu de nos jour
l’UEFI. Avec les instructions de cette mémoire, il va principalement:
– Lancer les logiciels d’initialisations des périphériques (Drivers):
• Contrôleur de disques (dur et/ou optique), d’écran
(plus clavier et pavé tactile pour un portable)
• Contrôleurs USB (pour clavier, souris, imprimante…)
• Contrôleurs réseau (Ethernet, Wi-Fi)
• Contrôleurs multimédia (Entrés/sortie audio, Webcam)
– Déterminer la source du programme de chargement (Boot):
• Disque dur
• Disque optique (CD, DVD, Blu-Ray)
• USB
• Réseau
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 14On sait où est le Boot… alors Bootons
(Les Anglois hors du royaume de France)
Au fait, c’est quoi c’t’histoire de Boot?
Souvenons-nous: Paradoxalement, la RAM est le seul type de mémoire
qui… ne RAME pas (vous pouvez applaudir l’excellent jeu de mots, merci).
Les étapes du Boot:
• Copier le programme de Boot dans la (zut, le nom m’échappe ) Ah oui, dans la RAM!
• Copier l’OS dans la RAM
• Lancer l’OS
• Aller se coucher (après le démarrage de l’OS, le Boot a fini son travail, il est retiré de la RAM)
Remarque:
• Ceci explique pourquoi un ordinateur met du temps à démarrer (eh oui, ce satané disque dur
est tellement lent ).
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 15L’OS est lancé, mais…
(Il a encore un peu de boulot)
Le BIOS/UEFI et le Boot on placé l’ordinateur dans une configuration minimale
permettant le lancement de l’OS.
L’OS doit maintenant configurer l’ordinateur pour son fonctionnement normal en
lançant un certain nombre de services, par exemple:
• Gestion de l’affichage (mise en route du processeur graphique)
• Gestion du disque (organisation, optimisation, compactage)
• Gestion des protocoles de communication (USB, Wi-Fi, Ethernet)
• Gestion des entrées/sorties Audio
D’autres services sont lancés à la demande en fonction de l’activité de l’ordinateur
(gestionnaire d’impression par exemple).
C’est pour cela que même après l’affichage de l’écran d’accueil (voire même
après l’ouverture de la session), l’ordinateur continue à afficher un sablier ou un
joli rond bleu (Windows 10).
Il n’a simplement pas fini de démarrer tous les services
nécessaires.
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 16Après un certain temps, l’ordinateur est prêt
(à faire toutes les bêtises que lui demandera l’utilisateur)
Imaginons que l’utilisateur veuille lancer un programme (oh! L’imprudent)
Qu’est-ce qu’il se passe-t-il? (à part l’inévitable plantage de l’ordinateur, évidemment)
L’utilisateur: Déplace la souris vers l’icône du programme qu’il veut lancer
Le driver de souris: Détecte le mouvement et prévient l’OS:
‘Chef, Chef! La souris elle fait rien qu’à bouger!’
L’OS lui répond: ‘Du calme mon petit, je préviens le driver graphique’
(On notera au passage qu’en bon chef, il cherche à rassurer son subordonné)
L’OS réagit: ‘Eh driver graphique, envoie la flèche aux coordonnées:
X = Alpha / Tango / Delta Y = Zoulou / Banane / Eléphant’
Le driver graphique: ‘ A y est’
Et ce petit jeu dure tant que l’utilisateur déplace la souris
Au bout d’un moment, l’utilisateur a amené la souris à bon port
(donc sur l’icône du programme à lancer).
Et, là, horreur!
(La suite à la prochaine diapo…)
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 17Toujours aussi inconscient…
(L’utilisateur clique sur l’icône)
Qu’est-ce qu’il se passe-t-il maintenant?
Le driver de souris: Détecte l’appui sur le bouton et prévient l’OS:
‘Chef, Chef! Le bouton gauche, il est enfoncé!’
L’OS répond: ‘Pas de panique, je m’en occupe’
L’OS réagit: ‘Driver graphique, fait tourner le petit rond bleu pour faire patienter’
‘Gestionnaire de mémoire, trouve-moi une zone RAM disponible’
‘Gestionnaire de fichiers, copie le programme dans cette zone’
Gestionnaire de fichiers :‘OK, je cherche où il se trouve sur le disque. Ah! Je l’ai: Je préviens le driver’
Driver de disque: ‘Le fichier qui se trouve sur la piste X, secteur Y, tête Z? OK, je l’copie en RAM’
L’OS: ‘Merci les gars, je démarre le truc. Driver graphique, arrête ton joli rond’
Le driver graphique: ‘ A y est’ (pas beaucoup de vocabulaire, celui-là)
Et voilà. L’OS passe le contrôle de l’ordinateur au programme.
(Enfin, pas tout à fait)
Faut pas pousser, quand même: l’OS c’est LE CHEF. Il va pas abandonner
le contrôle comme ça, sans rien faire. Car…
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 18N’oublions pas que l’OS est multitâches
(Il en met partout…)
Ben oui, mais y’a qu’un seul processeur, alors il fait comment, L’OS?
Pour faire cela, il a un mécanisme nommé ‘Scheduler’ qui lui permet de ‘prêter’ le
microprocesseur successivement à tous les programmes qui tournent dans
l’ordinateur.
Ainsi, chaque programme s’exécute pendant un certain temps puis ‘laisse la place’ au suivant.
Tout cela va tellement vite que l’utilisateur a l’impression que tous les programmes s’exécutent
en même temps. (Ah ah, malin l’OS, il vous a bien eus!)
Donc:
L’OS passe son temps à regarder ce qui se passe au niveau de: souris, clavier, réseau…
Et si l’utilisateur clique sur l’icône d’un autre programme, la séquence précédente se reproduit
jusqu’au lancement du second programme.
Et ainsi de suite…
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 19Le fichier d’échange
(Et si la RAM était pleine à ras bord?)
Pour maximiser la performance, l’OS range dans la RAM tout ce qu’il peut:
L’OS (eh, le chef d’abord quand même!) et tous les programmes en cours d’exécution et
les données qui vont avec.
Il arrive alors que la RAM soit pleine à craquer (les utilisateurs ne sont pas raisonnables, non plus)
L’OS se trouve donc dans l’obligation de faire le ménage.
Mais comme c’est pas un mauvais bougre, il ne va pas jeter les précieuses données de
son utilisateur adoré:
L’OS libère de la RAM en en copiant une partie sur le disque dur, dans un
emplacement appelé ‘fichier d’échange’
Avantage: L’ordinateur continue de fonctionner
Inconvénient: L’obligation de copier de la RAM vers le disque, puis pour
récupérer les données, du disque vers la RAM
C’est pour cela que la taille de la RAM doit être adaptée à l’utilisation de l’ordinateur
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 20Et les fenêtres, alors?
(Ouvrir, réduire, fermer… Sans faire de courants d’air)
Ben oui, chaque programme s’exécute dans une fenêtre, alors faut gérer ça aussi
Pour déterminer quel programme a le droit d’utiliser le processeur, l’OS a un certain
nombre de critères (priorité du programme, événements externes, actions de l’utilisateur…).
En particulier, lorsque l’utilisateur clique dans une fenêtre, l’OS peut modifier son ordre de
distribution du ‘temps processeur’ pour donner la priorité au programme correspondant à la
fenêtre qui vient d’être activée. Cela permet de faire croire à l’utilisateur qu’il a le
processeur pour lui tout seul.
Mais c’est même pas vrai: Les autres programmes continuent à s’exécuter, simplement ils
laissent plus de ‘temps processeur’ à ce petit chouchou.
C’est grâce à ces mécanismes que l’on peut faire son courrier en effectuant une
recherche sur Internet tout en écoutant de la musique et plein d’autres choses.
Et maintenant, si l’utilisateur veut fermer un programme?
(Ben oui, il va pas regarder du porno toute la journée quand même…)
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 21Fermons les fenêtres
(Fait pas chaud là-d’dans)
Qu’est-ce qu’il se passe-t-il maintenant?
Le driver de souris: Détecte l’appui sur le bouton et prévient l’OS:
‘Chef, Chef! Y’en a un qu’a cliqué sur la croix en haut de la fenêtre’
L’OS répond: ‘Super, on ferme le programme, ça va nous reposer un peu’
L’OS réagit: ‘Gestionnaire de fichiers, copie les infos du programme sur le disque
et jette un œil au fichier d’échange, tant que tu y est’
‘Driver graphique, fait disparaître la fenêtre’
‘Gestionnaire de mémoire, libère-moi cette zone de RAM’
Drivers et gestionnaires (en chœur): ‘On a tout fini, on peut aller boire un coup?’
L’OS: ‘Oui les gars, mais vite fait, y’en aura p’têt d’autres à fermer’
Et voilà. Le programme est arrêté, ses données sauvegardées et sa
fenêtre fermée.
Et maintenant, si l’utilisateur veut éteindre l’ordinateur?
(Ben oui, il y a un bon porno à la télé…)
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 22Eteindons l’ordinateur
(Il est l’heure d’aller au lit)
Que l’on ferme un seul programme, ou que l’on éteigne l’ordinateur totalement, le fonctionnement est le
même et fait appel aux mêmes étapes que pour le lancement d’un programme, comme décrit dans la
diapo précédente (Hé, faudrait suivre, là!).
Ceci dit, pourquoi un ordinateur ne s’éteint-il pas instantanément?
• Il doit d’abord arrêter successivement tous les programmes en cours d’exécution:
Enregistrer les paramètres de ces programmes sur le disque dur
Enregistrer les données de ces programmes sur le disque dur
(éventuellement en demandant son avis à l’utilisateur)
(les données peuvent être dans la RAM ou dans le fichier d’échange)
• Il doit ensuite arrêter tous les services en cours d’exécution
Par exemple: Réseau, USB… Il est préférable de les terminer ‘proprement’
Tout ceci entraîne de nombreux échanges avec le disque dur…
… et ça prend du temps!
• Enfin, quand tout est bien fini de nettoyer, l’OS se ferme de la même manière que les
autres programmes, et passe la main au gestionnaire d’alimentation pour couper le jus.
(Vous pouvez vous réveiller, c’est fini)
Hervé D. Comment marche un ordinateur 06/2018 23Vous pouvez aussi lire
