PRINCIPLES D'ORGANISATION ET D'ARCHITECTURE DE L'ORDINATEUR Didier BASSOLE - INFORMATIQUE APPLIQUÉE: CSI 2200
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INFORMATIQUE APPLIQUÉE: CSI 2200 PRINCIPLES D’ORGANISATION ET D’ARCHITECTURE DE L’ORDINATEUR Didier BASSOLE
Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
Avant-propos
L’Université Virtuelle Africaine (UVA) est fière de participer à accès à l’éducation dans les pays
africains en produisant du matériel d’apprentissage de qualité. Nous sommes également fiers
de contribuer à la connaissance globale, pour nos ressources éducatives sont principalement
accessibles de l’extérieur du continent africain.
Ce module a été développé dans le cadre d’un programme de diplôme et diplôme en
informatique appliquée, en collaboration avec 18 institutions partenaires dans 16 pays africains.
Un total de 156 modules ont été développés ou traduits pour assurer la disponibilité en
anglais, français et portugais. Ces modules sont également disponibles en tant que ressources
éducatives ouvertes (OER) à oer.avu.org.
Au nom de l’Université Virtuelle Africaine et notre patron, nos institutions partenaires,
la Banque africaine de développement, je vous invite à utiliser ce module dans votre
établissement, pour leur propre éducation, partager aussi largement que possible et participer
activement aux communautés AVU de pratique d’intérêt. Nous nous engageons à être à
l’avant-garde du développement et de partage ouvert de ressources pédagogiques.
L’Université Virtuelle Africaine (UVA) est une organisation intergouvernementale
panafricaine mis en place par lettre recommandée avec un mandat d’augmenter l’accès
à l’enseignement supérieur et de formation de qualité grâce à l’utilisation novatrice des
technologies de communication de l’information. Une charte instituant la UVA Organisation
intergouvernementale, signée à ce jour par dix-neuf (19) Les gouvernements africains - Kenya,
Sénégal, Mauritanie, Mali, Côte d’Ivoire, Tanzanie, Mozambique, République démocratique du
Congo, Bénin, Ghana, République de Guinée, le Burkina Faso, le Niger, le Soudan du Sud, le
Soudan, la Gambie, la Guinée-Bissau, l’Ethiopie et le Cap-Vert.
Les institutions suivantes ont participé au programme informatique appliquée: (1) Université
d’Abomey Calavi au Bénin; (2) University of Ougagadougou au Burkina Faso; (3) Université
Lumière Bujumbura Burundi; (4) Université de Douala au Cameroun; (5) Université de Nouakchott
en Mauritanie; (6) Université Gaston Berger Sénégal; (7) Université des Sciences, Techniques
et Technologies de Bamako au Mali (8) Institut de la gestion et de l’administration publique
du Ghana; (9) Université des sciences et de la technologie Kwame Nkrumah au Ghana; (10)
Université Kenyatta au Kenya; (11) Université Egerton au Kenya; (12) Université d’Addis-Abeba
en Ethiopie (13) Université du Rwanda; (14) University of Salaam en Tanzanie Dar; (15) Université
Abdou Moumouni Niamey Niger; (16) Université Cheikh Anta Diop au Sénégal; (17) Université
pédagogique au Mozambique; E (18) L’Université de la Gambie en Gambie.
Bakary Diallo
le Recteur
Université Virtuelle Africaine
2
Crédits de production
Auteur
Didier Bassole
Pair Réviseur
Marcus Kaboret
UVA – Coordination Académique
Dr. Marilena Cabral
Coordinateur global Sciences Informatiques Apliquées
Prof Tim Mwololo Waema
Coordinateur du module
Victor Odumuyiwa
Concepteurs pédagogiques
Elizabeth Mbasu
Benta Ochola
Diana Tuel
Equipe Média
Sidney McGregor Michal Abigael Koyier
Barry Savala Mercy Tabi Ojwang
Edwin Kiprono Josiah Mutsogu
Kelvin Muriithi Kefa Murimi
Victor Oluoch Otieno Gerisson Mulongo
3
Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
Droits d’auteur
Ce document est publié dans les conditions de la Creative Commons
Http://fr.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons
Attribution http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/
Le gabarit est copyright African Virtual University sous licence Creative Commons Attribution-
ShareAlike 4.0 International License. CC-BY, SA
Supporté par
Projet Multinational II de l’UVA financé par la Banque africaine de développement.
4
Table Des Matières
Avant-propos 2
Crédits de production 3
Droits d’auteur 4
Supporté par 4
Aperçu du cours 11
Prérequis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Matériaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Objectifs du cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Unités. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Évaluation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Lectures et autres ressources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Unité 0. Évaluation diagnostique 17
Introduction à l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Objectifs de l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Termes clés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Évaluation de l’unité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Retour d’informations : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Résumé de l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Lectures et autres ressources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Unité 1. Architecture de l’ordinateur et de la mémoire 20
Introduction à l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Objectifs de l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Termes clés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Activités d’apprentissage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Activité 1.1. – Aperçu historique de l’ordinateur numérique 21
Activité 1.1.1- L’ère mécanographique 21
5
Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
Tableau 1.1 : dates marquantes de l’ère mécanographique 22
Activité 1.1.2. - L’ère électronique 23
Caractéristiques principales: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Dates importantes : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
B. La deuxième génération d’ordinateurs (1955 -1964) : les calculateurs à
transistors 24
Caractéristiques principales: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Caractéristiques principales: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
D. Quatrième génération d’ordinateur (1978 - ) : les microprocesseurs 24
Caractéristiques principales: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Conclusion 25
Évaluation formative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Barème de notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Activité 1.2. – Architecture de Von Neumann 25
Activité 1.2.1.- Structure de l’architecture de Von Neumann 25
Activité 1.2.2- Les composants de l’ordinateur 27
Les composants physique de l’ordinateur 27
Caractéristiques d’une carte mère. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Le processeur 30
La mémoire principale 30
Operations sur la mémoire 31
Les bus 31
Caractéristiques d’un bus 31
Les Périphériques 32
Partie logicielle d’un ordinateur 33
Conclusion 34
Évaluation formative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Activité 1.3. – Architecture de la mémoire 34
Activité 1.3.1 - Caractéristiques techniques d’une mémoire 34
Activité 1.3.2 - Mode d’accès aux données en mémoire 35
6
Caractéristiques de la mémoire principale 37
Activité 1.3.4 – Les types de mémoire 37
La mémoire vive ou RAM 38
Caractéristique de la RAM statique 38
Caractéristiques de la RAM dynamique 39
La mémoire morte ou ROM 39
La mémoire Flash ou PROM (Programmable Read Only Memory) 40
EPROM (Erasable Read Only Memory) 40
EEPROM (Electrically Erasable Read Only Memory) 40
Conclusion 40
Évaluation formative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Résumé de l’unité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Évaluation de l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
Évaluation sommative 41
Barème de notation 42
Lectures et autres ressources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Unité 2. Logique numérique et représentation des données 43
Introduction à l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Objectifs de l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Termes clés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Activité 2.1. – Introduction à la logique numérique 44
Circuits logiques 44
Portes logiques 44
Portes logiques de base 45
Tables de vérité 45
Conclusion 45
Évaluation formative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Activité 2.2 – Expressions et fonctions booléennes 46
Activité 2.2.1. Lois de l’algèbre de Boole 46
7
Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
Activité 2.2.2. Les fonctions logiques 47
Conclusion 48
Évaluation formative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Activité 2.3 – Représentation des informations 48
Activité 2.3.1. Notion de bases 49
Activité 2.3.2. Représentation des nombres entiers 49
Activité 2.3.3. Représentation des nombres fractionnaires 49
Cas des bases 2, 8 et 16 50
Activité 2.3.4. Codification des nombres entiers 51
Entiers naturels 51
Entiers relatifs 51
Activité 2.3.5. Représentation des caractères 52
Plusieurs points importants à propos du code ASCII :. . . . . . . . . . . . . . . 52
Activité 2.3.6 Représentation des nombres réels (norme IEEE) 52
Évaluation formative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Résumé de l’unité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Évaluation de l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Barème de notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Lectures et autres ressources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Unité 3. Micro architecture 57
Introduction à l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
Objectifs de l’unité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Termes clés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
Activités d’apprentissage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Activité 3.1 : Micro architecture et jeu d’instructions 58
Notion de micro architecture 58
Notion de jeu d’instruction 59
Le registre accumulateur 60
Architecture d’un processeur à accumulateur 60
Conclusion 62
8
Évaluation formative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Activité 3.2 : Les structures d’interconnexions - Les BUS 62
Détail de l’activité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Activité 3.3 : Cycle d’instruction 67
Récupération de l’instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Phase de récupération. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Décodage de l’instruction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Lecture de l’adresse effective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Exécution de l’instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Stockage du résultat en mémoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Conclusion 69
Évaluation formative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Résumé de l’unité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Évaluation de l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Évaluation sommative 70
Barème de notation 71
Lectures et autres ressources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
Unité 4. Jeu d’instructions du micro-processeur 72
Introduction à l’unité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Objectifs de l’unité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Termes clés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Activités d’apprentissage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Activité 4.1. – Les instructions machine et langage assembleur 73
Le langage machine 73
Le langage assembleur 74
Conclusion 75
Évaluation formative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Activité 4.2 Jeux d’instructions CISC et RISC 75
Caractéristiques des processeurs RISC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Caractéristiques des processeurs CISC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
9
Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
Inconvénient des processeurs CISC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Conclusion 77
Évaluation formative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
Activité 4.3. – Les registres du processeur et les modes d’adressage 77
Activités 4.3.1. Les registre du processeur 77
Les registres généraux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Les registres de segment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Les registres d’offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Les registres des indicateurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Notion de pile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Activités 4.3.2. Les modes d’adressage 80
Conclusion 86
Évaluation formative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Activités 4.4. – Jeux d’instruction du processeur 86
Les familles de jeux d’instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Registres Valeurs 87
Affectation entre registres 87
Entre Registres et Variables 88
Registres Adresses Mémoire 88
Conclusion 90
Évaluation formative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
Évaluation de l’unité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Évaluation sommative 91
Lectures et autres ressources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Résumé du module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Examen du module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Examen final 95
Barème de notation 96
10Aperçu du cours
Aperçu du cours
Bienvenue à Principes d’organisation et d’architecture de l’ordinateur
Le module concernant les principes d’organisation et d’architecture de l’ordinateur est destiné
à permettre aux apprenants de connaître les composants de base de l’ordinateur, la manière
dont l’information est représentée en mémoire ainsi que les opérations de base sur ces
données.
Prérequis
- Introduction à l’informatique appliquée
Matériaux
Les matériaux nécessaires pour compléter ce cours comprennent:
● ordinateur;
● Simulateur de circuits logiques
Objectifs du cours
À la fin de ce cours, l’étudiant devrait être en mesure de
• démontrer une bonne connaissance des composants de base de l’ordinateur,
• d’expliquer la manière dont les informations sont représentées dans l’ordinateur
et la manière dont les opérations y sont effectuées
• Utiliser les outils informatiques de base dans d’autres disciplines de
l’informatique.
• Déterminer la structure des structures d’interconnexion de l’ordinateur
• Expliquer le mécanisme dont l’unité de commande d’un processeur interprète
une instruction au niveau machine, soit directement, soit en tant que
microprogramme
Unités
Unité 0: Évaluation diagnostique
Nous évaluerons les connaissances de base dans cette unité.
Unité 1: Architecture de l’ordinateur et de la mémoire
Dans cette unité, nous aborderons l’aperçu historique de l’ordinateur, l’architecture de Von
Neumann, les systèmes de stockage, leur technologie, les normes de stockage ainsi que la
hiérarchie des mémoires
11Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
Unité 2 : Logique numérique et représentation des données
Dans cette unité, il s’agit d’introduire la logique numérique, d’étudier les expressions et
fonctions booléennes, la représentation des informations ainsi que la détection et correction
d’erreur.
Unité 3: Micro Architecture
Nous étudierons la notion de micro architecture, le cycle de traitement des instructions par le
processeur, le mécanisme des structures d’interconnexion notamment les bus, leur type ainsi
que leurs caractéristiques
Unité 4: Jeu d’instructions du micro-processeur
Nous aborderons dans cette partie l’architecture du processeur, les jeux d’instructions, les jeux
de registres, le mode d’adressage et le séquencement des instructions.
Évaluation
Les évaluations formatives (vérification de progrès) sont inclues dans chaque unité.
Les évaluations sommatives (tests et travaux finaux) sont fournies à la fin de chaque module et
traitent des connaissances et compétences du module.
Les évaluations sommatives sont gérées à la discrétion de l’établissement qui offre le cours. Le
plan d’évaluation proposé est le suivant:
1 Évaluation formative pour A la fin de chaque unité, une évaluation est faite pour
chaque unité s’approprier les concepts et voir si l’objectif de l’activité
est atteint
2 Évaluation sommative Cette évaluation permettrait d’évaluer les objectifs du
pour chaque module module abordé
3 Évaluation finale ou Elle permettrait de faire une évaluation générale de
évaluation bilan l’enseignement.
1 Évaluation formative pour chaque unité 10%
2 Évaluation sommative pour chaque 20%
module
3 Évaluation finale ou évaluation bilan 70%
12Aperçu du cours
Plan
Unité Sujets et Activités Durée
estimée
Unité 0 : Évaluation Activité de lectures et tests 10 h
diagnostique
Unité 1. Architecture - Introduction à l’unité 30h
de l’ordinateur et de la
- Objectifs de l’unité
mémoire
- Termes clés
- Activité 1.1 : Aperçu historique de l’ordinateur
numérique
- Activité 1.2 : Architecture de Von Neumann
- Activité 1.3 : Architecture de la mémoire
- Évaluation de l’unité
Unité 2 : Logique numérique - Introduction à l’unité 27h
et représentation des
- Objectifs de l’unité
données
- Termes clés
- Activité 2.1 : Introduction à la logique
numérique
- Activité 2.2 : Expressions et fonctions
booléennes
- Activité 2.3 : Représentation des informations
- Évaluation de l’unité
Unité 3 : Micro architecture - Introduction à l’unité 20h
- Objectifs de l’unité
- Termes clés
- Activité 3.1 : Micro architecture et
l’architecture système
- Activité 3.2. : Architecture du processeur et
du micro-processeur
- Activité 3.3 : Cycle d’instruction
13Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
Unité Sujets et Activités Durée
estimée
- Activité 3.4 : Liaisons Processeur-Mémoire - Les BUS
- Évaluation de l’unité
Unité 4 : Jeu - Introduction à l’unité 30h
d’instructions du
- Objectifs de l’unité
micro-processeur
- Termes clés
- Activité 4.1 : Les instructions machine et langage assembleur
- Activité 4.2 : Jeux d’instructions CISC et RISC
- Activité 4.3 : Les registres du processeur et les modes
d’adressage
- Activité 4 .4 : Jeux d’instructions du processeur
- Évaluation de l’unité
Examen final Examen final 3h
Total 120h
Lectures et autres ressources
Les lectures et autres ressources dans ce cours sont indiquées ci-dessous.
Unité 0 : Évaluation diagnostique
Lectures et autres ressources obligatoires:
1. http://www.insea.ma/download/coursarchi.pdf
2. http://perso.ens-lyon.fr/frederic.vivien/Enseignement/Archi-2001-2002/Cours.pdf
Unité 1 : Architecture de l’ordinateur et de la mémoire
Lectures et autres ressources obligatoires:
3. http://www.insea.ma/download/coursarchi.pdf
1. http://perso.ens-lyon.fr/frederic.vivien/Enseignement/Archi-2001-2002/Cours.pdf
2. https://www.lri.fr/~cecile/ENSEIGNEMENT/IFIPS/IFIPSA/Cours/IFIPAppPolyP1.pdf
3. https://www.lri.fr/~cecile/ENSEIGNEMENT/POLYARCHI/partie1.pdf
4. https://www.lri.fr/~de/PolyarchiCGDE1.pdf
5. http://www.unit.eu/nuxeo/site/esupversions/9881e32d-8ff0-4d71-8810-6d5263ece714
14Aperçu du cours
Unité 2 : Logique numérique et représentation des données
Lectures et autres ressources obligatoires:
1. Mesnard Emmanuel - Du binaire au processeur; 2004, Ellipse, chapitre 1 à 7
2. Ronald J.Tocci -Circuits numériques (théorie et applications) 2ème édition. Dunod
3. Philippe Larcher -Introduction à la synthèse logique. Eyrolles
4. Maurice Gaumain - Cours de systèmes logiques; Fonctions standards combinatoires;
Aspects techniques
5. D. Patterson, J. Hennessy. Organisation et conception des ordinateurs. Dunod 94
Traduction de Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, Morgan-
Kauffman 94. Chapitre 1
4. http://www.insea.ma/download/coursarchi.pdf
6. http://perso.ens-lyon.fr/frederic.vivien/Enseignement/Archi-2001-2002/Cours.pdf
Unité 3 : Micro architecture
Lectures et autres ressources obligatoires:
1. D. Patterson, J. Hennessy. Organisation et conception des ordinateurs. Dunod 94
Traduction de Computer Organization and Design : The Harware/Software Interface, Morgan-
Kauffman 94. Chapitre 3 & 4
2. J. Hennessy, D. Patterson. Architecture des ordinateurs : une approche quantitative,
Deuxième édition. Thompson Publishing France, 96. Traduction de Computer Architecture. A
Quantitative Approach. McGrawHill 96, Chapitre 1 & chapitre 4
5. http://www.insea.ma/download/coursarchi.pdf
3. http://perso.ens-lyon.fr/frederic.vivien/Enseignement/Archi-2001-2002/Cours.pdf
4. http://benoit-m.developpez.com/assembleur/tutoriel
5. https://fr.wikipedia.org/wiki/Architecture_mat%C3%A9rielle
6. https://www.lri.fr/~de/PolyarchiCGDE1.pdf
7. https://www.lri.fr/~cecile/ENSEIGNEMENT/IFIPS/IFIPSA/Cours/IFIPAppPolyP1.pdf
Unité 4 : Jeu d’instructions du micro-processeur
Lectures et autres ressources obligatoires:
1. D. Patterson, J. Hennessy. Organisation et conception des ordinateurs. Dunod 94
Traduction de Computer Organization and Design : The Harware/Software Interface, Morgan-
Kauffman 94. Chapitre 3 & 4
2. J. Hennessy, D. Patterson. Architecture des ordinateurs : une approche quantitative,
Deuxième édition. Thompson Publishing France, 96. Traduction de Computer Architecture. A
Quantitative Approach. McGrawHill 96, Chapitre 1 & chapitre 4
15Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
3. http://www.insea.ma/download/coursarchi.pdf
4. http://perso.ens-lyon.fr/frederic.vivien/Enseignement/Archi-2001-2002/Cours.pdf
5. http://www.asc-inc.com/ascii.html
6. http://benoit-m.developpez.com/assembleur/tutoriel
7. https://fr.wikipedia.org/wiki/Architecture_MIPS
8. https://fr.wikipedia.org/wiki/Architecture_mat%C3%A9rielle
9. https://fr.wikipedia.org/wiki/Multiprocesseur
10. https://www.lri.fr/~de/PolyarchiCGDE1.pdf
11. https://www.lri.fr/~cecile/ENSEIGNEMENT/IFIPS/IFIPSA/Cours/IFIPAppPolyP1.pdf
12. http://sites.uclouvain.be/SystInfo/notes/Theorie/html/Assembleur/memory.html
16Unité 0. Évaluation diagnostique
Unité 0. Évaluation diagnostique
Introduction à l’unité
Cette unité vous permettra de vérifier les connaissances que vous devez avoir avant de
commencer le cours. Il s’agit de rappeler quelques concepts fondamentaux de l’informatique.
Vous pouvez faire l’évaluation de l’unité avant de faire des activités d’apprentissage pour aider
à rafraîchir vos connaissances.
Objectifs de l’unité
À la fin de cette unité, vous devriez être capable de:
Reconnaître les éléments communs de l’ordinateur.
● Identifier l’usage commun des pièces d’un ordinateur.
● Apprécier les termes couramment utilisés dans les applications informatiques.
● Comprendre le déroulement des opérations effectuées en utilisant un ordinateur
● Expliquer où les données sont stockées dans un système informatique
Termes clés
TIC (Technologies d’Information et de la communication)
: Il s’agit de l’ensemble des moyens ou équipements
(matériels et logiciels ou programmes) assurant le traitement
automatique de l’information.
Informatique : Science de traitement automatique de
l’information
Ordinateur : Machine programmable destinée à traiter
automatiquement des informations qui lui sont fournies en
entrée et à retourner en sortie les résultats de ces traitements.
Hardware ou partie matérielle: Ensemble des composants
physiques de l’ordinateur
Software ou logiciel: Ensemble des programmes ou
instructions qui indiquent à l’ordinateur ce qu’il faut faire.
Le processeur ou CPU (Central Processing unit): est
un circuit électronique complexe qui exécute chaque
instruction très rapidement, en quelques cycles d’horloges.
Il correspond au cerveau de l’ordinateur et est constitué de
l’unité logique et l’unité de traitement.
17Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
La mémoire principale : permet le stockage de l’information
(programmes et données)
ROM: Read Only Memory : Constitue la mémoire
permanente de l’ordinateur.
RAM: Radom Access Memory. : Il correspond à la mémoire
de travail de l’ordinateur encore appelé mémoire vive.
Périphérique d’Entrée: Le matériel qui est utilisé pour
transmettre des informations dans l’ordinateur.
Périphérique de Sortie: Le matériel qui reçoit et affiche des
informations provenant de l’ordinateur.
Évaluation de l’unité
1. Identifier les différentes parties de l’ordinateur représentées sur l’image suivante:
Figure 0-1 : Identification des composants de l’ordinateur
Source : http://www.proprofs.com/quiz-school/story.hp?title=label-computer-input-output-parts
2. Donnez le nom de l’espace de traitement usuel de l’ordinateur
A: CPU
B: RAM
C: OS
3. Quel est le nom du point où la souris se connecte à un ordinateur utilisé?
4. En dehors de l’écran d’ordinateur, le nom de deux autres appareils qui sont pour
afficher la sortie à partir d’un ordinateur?
5. Qu’est-ce qu’un système informatique?
18Unité 0. Évaluation diagnostique
6. Parmi ces dispositifs, lequel est un dispositif d’entrée?
(a) Disquette
(b) Clavie (c) Haut-parleurs
7. Parmi ces dispositifs, lequel est un périphérique de stockage?
(a) CPU
(b) Casque
(c) Disquette
(d) Modem
Retour d’informations :
Vous êtes libre d’interagir à tout moment avec votre instructeur en utilisant les outils de
communication tels que e-mail, Facebook ou Twitter. Si vous voulez plus de précisions, vous
pouvez adresser vos questions à votre instructeur.
Votre instructeur peut également communiquer régulièrement avec vous en faisant des
commentaires sur votre travail, de préférence en utilisant Google docs, les outils de
commentaire, email, twitter etc.
Ces outils de communication qui vous aideront à être sur la bonne voie et sur le temps de
terminer votre travail.
Vos suggestions, commentaires et recommandations sur la façon dont le contenu de cette
unité peut être amélioré, sont les bienvenues.
Résumé de l’unité
Cette a consisté à tester vos connaissances de bases sur l’ordinateur et ses composants. Il
vous a permis de vous familiariser avec les termes couramment utilisés dans les applications
informatiques et aussi d’identifier l’usage commun des pièces de l’ordinateur.
Lectures et autres ressources
Les lectures et ressources de cette unité se trouvent au niveau des lectures et autres ressources
du cours.
1. http://www.insea.ma/download/coursarchi.pdf
2. http://perso.ens-lyon.fr/frederic.vivien/Enseignement/Archi-2001-2002/Cours.pdf
19Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
Unité 1. Architecture de l’ordinateur
et de la mémoire
Introduction à l’unité
Dans cette unité, vous apprendrez à propos de l’architecture de l’ordinateur, de l’organisation
informatique et du traitement des données et des éléments de stockage, ainsi que la façon
dont ces éléments devraient être mises en œuvre.
L’architecture des ordinateurs est l’étude de la structure (organisation), du comportement
(fonctionnement) et de la conception (« design ») des ordinateurs.
Objectifs de l’unité
À la fin de cette unité, vous devriez être capable de:
● identifier les principaux composants d’un ordinateur
● décrire les fonctions des principaux composants d’un ordinateur
● identifier les principes de base de l’architecture informatique
● expliquer les principes de fonctionnement de la mémoire et ses principales
caractéristiques
● expliquer les technologies des mémoires, les types de mémoire et leur
hiérarchie
Termes clés
Architecture: il s’agit de la structure générale inhérente à un
système informatique, l’organisation des différents éléments
du système (logiciels et/ou matériels et/ou humains et/ou
informations) et des relations entre les éléments.
Architecture de l’ordinateur : il s’agit de l’ensemble de
l’organisation matérielle, logicielle et des relations entre les
éléments de cet ordinateur
Processeur : c’est un circuit électronique complexe qui
exécute chaque instruction très rapidement, en quelques
cycles d’horloges
La mémoire : composante fondamentale des ordinateurs,
joue un rôle important dans leur fonctionnement interne.
La mémoire est d’un dispositif qui permet à un ordinateur
d’emmagasiner de l’information. C’est l’endroit où le
microprocesseur
20Unité 1. Architecture de l’ordinateur et de la mémoire
enregistre temporairement les instructions et les données
des programmes qu’il exécute.
Après le microprocesseur, la mémoire est sans doute le
composant le plus important dans un ordinateur : c’est
l’espace de travail du microprocesseur.
LSI (Large-Scale Intégration) : intégration à grande échelle,
des circuits comportant de 1 000 à 10 000 composants.
VLSI (Very-Large-Scale Integration) : intégration à
très grande échelle. La technologie VLSI a succédé
naturellement à la LSI
Activités d’apprentissage
Activité 1.1. – Aperçu historique de l’ordinateur numérique
Introduction
Du point de vue historique, l’évolution du traitement automatique de l’information peut être
subdivisée en deux grandes ères : l’ère mécanographique et l’ère électronique.
Activité 1.1.1- L’ère mécanographique
L’ère mécanographique (1623 – 1945) correspond à l’ère de la machine mécanique et
électromécanique.
Le tableau ci-dessous donne les dates marquantes de cette ère
Les deux premières machines sont représentatives des premiers calculateurs. Ils sont apparus
dès le début du 17ème siècle et répondent au souci de mise en œuvre d’outils capables
d’effectuer automatiquement les quatre opérations arithmétiques.
Le fonctionnement des premiers calculateurs est basé sur un système mécanique d’engrenages
(roues dentées).
Par la suite, les travaux de Babbage vont faire effectuer un saut qualitatif à
l’automatisation des calculs à travers l’introduction de la notion de machine universelle
(capable de calculer n’importe quelle fonction mathématique) et surtout d’un
mécanisme de contrôle automatique sous la forme d’un programme enregistré. Pour
diverses raisons, il n’a pu mener à bien la construction des machines qu’il préconisait.
Après Babbage, l’idée de réaliser une machine universelle fut abandonnée pour
21Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
Tableau 1.1 : dates marquantes de l’ère mécanographique
Date Inventeur : Possibilités Innovations technologiques
machine
1642 Pascal : Addition Report automatique,
représentation de nombre < 0
Soustraction
1671 Leibniz : Addition, Soustraction Mécanisme pour la
multiplication et la division
Multiplication, Division
1827 Babbage : Évaluation polynomiale Enchaînement automatique
par la méthode des d’opérations
Difference
différences finies
Engine
1834 Babbage : Usage universel Mécanisme de contrôle
automatique (programme
Analytical
enregistré)
Engine
1941 Zuse : Z3 Usage universel Premières machines
électromécaniques
1944 Aiken : Harvard
Mark I
N’être reprise qu’à partir des années 1930 avec l’émergence des machines
électromécaniques. Entre-temps, au 19ème siècle, sont apparus les premiers
calculateurs commerciaux suite à différentes améliorations apportées aux calculateurs
mécaniques : utilisation de roues entraînées par des moteurs électriques, introduction
de touches pour entrer les données et les commandes, etc. A ce titre, l’américain
Hollerith a réalisé en 1880 le premier ensemble mécanographique (fondé sur les idées
de Babbage). Celui-ci fut utilisé pour le dépouillement du recensement démographique
des U.S.A. en 1890. Il créa une société qui, après différentes restructurations, devint
la société LB.M. (International Business Machines) à partir de 1924.
Quelques années plus tard, l’idée de machine à vocation universelle revenait à
l’ordre du jour et conduisait l’allemand Zuse et l’Américain Aïken à construire
indépendamment deux machines (Z3 et Havard Mark 1).
22Unité 1. Architecture de l’ordinateur et de la mémoire
Activité 1.1.2. - L’ère électronique
L’avènement de l’ère électronique (1946 - …) résulte des recherches entreprises en vue de
pallier aux deux inconvénients majeurs des machines électromécaniques :
• Limitation de la vitesse de traitement à cause de l’inertie des parties mobiles ;
• Lourdeur de manipulation et manque de fiabilité
L’ère électronique est décomposée en un certain nombre de générations d’ordinateurs.
Chacune de ces générations correspond à des modifications notables au niveau de la
technologie de conception des ordinateurs.
A titre indicatif, on a les générations suivantes :
A. La première génération d’ordinateurs (1946 -1954) : les calculateurs à tube
Caractéristiques principales:
- lampes (ou tubes) à vide : utilisation du courant électrique pour transmettre
l’information à des vitesses proches de celle de la lumière;
- fils câblés à la main;
- programmes écrits en langage machine (binaire);
- temps d’exécution en millièmes de seconde.
Dates importantes :
1946 : achèvement de la construction de l’ENIAC (Electronic Numerical Integrator and
Calculator). Elle est généralement considérée comme le premier
ordinateur électronique. Elle fut réalisée sous la conduite de J. Mauchly et J. P. Eckert
à l’université de Pennsylvanie et était destinée au calcul de la trajectoire des obus.
Ses caractéristiques sont les suivantes:
Poids: 30 tonnes.
Consommation électrique: autant que plusieurs rames de métro
Encombrement: une maison entière.
Coût : de l’ordre de 2.800.000 $.
Performance: 5000 additions ou 3000 opérations diverses par seconde.
Mode de programmation: manuelle à l’aide de “switchs”.
Base de travail: manipulation de nombre en base 10.
1945 : le mathématicien J. Von Neumann proposa le concept consistant à stocker
23Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
les programmes et les données dans une même unité mémoire (la mémoire centrale).
Cela a permis de réaliser la synthèse entre machine à programme figé et machine à
programme enregistré. Cette idée fut utilisée lors de la construction de I’E.D.V.A.C.
(Electronic Discrete Variable Computer) qui devint opérationnel en 1951. La plupart
des ordinateurs actuels fonctionnent selon ce principe car il facilite le travail de
programmation et rend possible la modification d’un programme par lui-même.
B. La deuxième génération d’ordinateurs (1955 -1964) : les calculateurs à transistors
Caractéristiques principales:
- remplacement progressif des tubes à vide par les transistors;
- utilisation de tores magnétiques et de tambours magnétiques (à la place
des tubes à rayons cathodiques et des lignes à retard) pour réaliser la mémoire
centrale;
- programmes écrits en langage symbolique (assembleur) ;
- temps d’exécution en microsecondes (10-6 sec.) ;
Exemple de machine typique de cette époque: l’IBM 7094.
C. La troisième génération d’ordinateurs (1965 -1977) : apparition de la puce ou circuits
intégrés
Cette génération d’ordinateur a vu le jour avec l’apparition des circuits intégrés ou
combinaisons de transistors à l’intérieur d’une pastille de silicium appelée une “puce”.
L’invention de la puce permit l’avènement de la micro-électronique.
Caractéristiques principales:
- utilisation de circuits intégrés (SSI : Small Scale Integration et MSI : Medium
Scale Integration)
- apparition des langages de haut-niveau (Algol, COBOL, Fortran) ;
- temps d’exécution en nanosecondes (10-9 sec.) ;
- traitement à distance;
- apparition des mini-ordinateurs.
Exemple de machine typique de cette génération : le mini-ordinateur PDP-8 de EC.
D. Quatrième génération d’ordinateur (1978 - ) : les microprocesseurs
Cette génération a consisté à la possibilité d’intégrer tous les composants d’un calculateur sur
une puce miniaturisée appelée microprocesseur.
24Unité 1. Architecture de l’ordinateur et de la mémoire
Caractéristiques principales:
- technologies LSI (Large-Scale Intégration) et VLSI (Very-Large-Scale Integration)
- mémoire électronique;
- temps d’exécution en fraction de nanosecondes ;
- micro-ordinateurs
- généralisation de techniques de traitement parallèle (multiprogrammation,
multitraitement, pipeline etc.) ;
- réseaux d’ordinateur.
Exemple de machine typique de cette génération le micro-ordinateur PC d’IBM
Conclusion
Nous sommes actuellement dans la quatrième génération en attendant la nouvelle ère qui sera
peut-être celle de l’optique.
Évaluation formative
1) Du point de vue historique, donner les deux grandes ères de l’évolution du
traitement automatique de l’information
2) Donner les caractéristiques des ordinateurs de la première génération
3) Donner les caractéristiques des ordinateurs de la deuxième génération
4) Donner les caractéristiques des ordinateurs de la troisième génération
5) Donner les caractéristiques des ordinateurs de la quatrième génération
Barème de notation
Chaque question est notée sur 2 points.
Activité 1.2. – Architecture de Von Neumann
Introduction
Architecture Von Neumann est un modèle pour un ordinateur qui utilise une structure de
stockage unique pour conserver à la fois les instructions et les données demandées ou
produites par le calcul. De telles machines sont aussi connues sous le nom d’ordinateur à
programme enregistré.
Activité 1.2.1.- Structure de l’architecture de Von Neumann
L’architecture de Von Neumann décompose l’ordinateur en quatre (04) parties distinctes :
1. l’unité arithmétique et logique (UAL) ou unité de traitement : son rôle est d’effectuer les
25Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
opérations de base ;
2. l’unité de contrôle, chargée du « séquençage » des opérations ;
3. la mémoire qui contient à la fois les données et le programme qui indiquera à l’unité de
contrôle quels sont les calculs à faire sur ces données. La mémoire se divise entre mémoire
volatile (programmes et données en cours de fonctionnement) et mémoire permanente
(programmes et données de base de la machine) ;
4.les dispositifs d’entrée-sortie, qui permettent de communiquer avec le monde extérieur.
Le modèle de l’architecture de Von Neumann est une architecture novatrice :
● La première innovation est la séparation nette entre l’unité de commande,
qui organise le flot de séquencement des instructions, et l’unité arithmétique,
chargée de l’exécution proprement dite de ces instructions.
● La seconde innovation, la plus fondamentale, est l’idée du programme
enregistré : les instructions, au lieu d’être codées sur un support externe (ruban,
cartes, tableau de connexions), sont enregistrées dans la mémoire selon un
codage conventionnel. Un compteur ordinal contient l’adresse de l’instruction
en cours d’exécution ; il est automatiquement incrémenté après exécution de
l’instruction, et explicitement modifié par les instructions de branchement.
Figure 1.1 : Le modèle originel de Von Neumann pour l’architecture des ordinateurs.
Source : https://interstices.info/upload/modele-neumann/modele-originel2.gif
Actuellement le modèle originel de Von Neumann a subi deux évolutions :
● Les entrées-sorties, initialement commandées par l’unité centrale, sont depuis le
début des années 1960 sous le contrôle de processeurs autonomes (canaux d’entrée-sortie
et mécanismes assimilés). Associée à la multiprogrammation (partage de la mémoire entre
plusieurs programmes), cette organisation a notamment permis le développement des
systèmes en temps partagé.
● Les ordinateurs comportent maintenant des processeurs multiples, qu’il s’agisse
d’unités séparées ou de « cœurs » multiples à l’intérieur d’une même puce. Cette organisation
permet d’atteindre une puissance globale de calcul élevée sans augmenter la vitesse des
processeurs individuels, limitée par les capacités d’évacuation de la chaleur dans des circuits
de plus en plus denses.
26Unité 1. Architecture de l’ordinateur et de la mémoire
Ces deux évolutions ont pour conséquence de mettre la mémoire, plutôt que l’unité centrale,
au centre de l’ordinateur, et d’augmenter le degré de parallélisme dans le traitement et la
circulation de l’information. Mais elles ne remettent pas en cause les principes de base que
sont la séparation entre traitement et commande et la notion de programme enregistré.
Figure 1.2 : le modèle de Von Neumann, actuel
Source : https://interstices.info/upload/modele-neumann/modele-actuel.gif
Activité 1.2.2- Les composants de l’ordinateur
Introduction
Le traitement de l’information par l’ordinateur nécessite la coopération de plusieurs éléments.
Au niveau de l’ordinateur, on distingue deux parties:
- Une partie matérielle (Hardware): elle renvoie à la construction physique de la machine,
- Une partie logicielle (Software): elle est constituée de l’ensemble des programmes pouvant
être un programme d’application ou un programme de pilotage ou de base.
Les composants physique de l’ordinateur
La partie matérielle (Hardware) est composée en général: d’une unité centrale et de différents
périphériques
Dans le boîtier (unité centrale) est monté une carte- mère où sont implantés les lignes du bus
et les principaux circuits électroniques : processeur, chipset, RAM, ROM, connecteurs et câble
de liaisons, les cartes contrôleurs et sorties des différents périphériques.
27Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
Figure 1.3 : Structure d’un ordinateur
Source : http://www.cslaval.qc.ca/tic/alsesl/rreals/montage/Formation/informat/cours/Histoire/
structure.gif
La carte mère
La carte mère (en anglais « mainboard» ou « motherboard ») est le socle permettant la
connexion de l’ensemble des éléments essentiels de l’ordinateur.
La carte mère est une carte maîtresse, prenant la forme d’un grand circuit imprimé possédant
notamment des connecteurs pour les cartes d’extension, les barrettes de mémoires, le
processeur, etc.
Figure 1.4 : Modèle de carte mère
28Unité 1. Architecture de l’ordinateur et de la mémoire
Source : http://img.clubic.com/00046467-photo-description-d-une-carte-mere.jpg
Caractéristiques d’une carte mère
Il existe plusieurs façons de caractériser une carte mère, notamment selon les caractéristiques
suivantes :
- Le facteur d’encombrement ou facteur de forme: définit la géométrie, les
dimensions, l’agencement et les caractéristiques électriques de la carte mère.
- Le chipset: circuit électronique chargé de coordonner les échanges de données
entre les divers composants de l’ordinateur (processeur, mémoire...).
- Le type de support de processeur: On distingue deux catégories de supports :
→ Slot (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
- Les connecteurs de mémoire vive
-Les connecteurs d’extension sont des réceptacles 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
- 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 (appelé SUB-D15), permettant de connecter un écran. Ce
connecteur correspond à la carte graphique intégrée ;
- 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.
29Principles D’organisation Et D’architecture De L’ordinateur
Figure 1.5 : Vue arrière du PC - branchement des périphériques
Source http://www.memoireonline.com/05/12/5884/Conception-et-creation-d-une-application-
interactive-du-cours-de-structure-et-fonctionnement-des-or5.png
Le processeur
Le processeur est un circuit électronique complexe qui exécute chaque instruction très
rapidement, en quelques cycles d’horloges.
Toute l’activité de l’ordinateur est cadencée par une horloge unique, de façon à ce que tous les
circuits électroniques travaillent ensembles.
La fréquence de cette horloge s’exprime en MHz ou GHz.
Pour chaque instruction, le processeur effectue schématiquement les opérations suivantes:
1. Lire en mémoire l’instruction à exécuter ;
2. Effectuer le traitement correspondant ;
3. Passer à l’instruction suivante.
Le processeur est divisé en deux parties qui sont l’unité de commande et l’unité de traitement.
– L’unité de commande est responsable de la lecture en mémoire et du décodage
des instructions ;
– L’unité de traitement, aussi appelée Unité Arithmétique et Logique (U.A.L.),
exécute les instructions qui manipulent les données.
Le processeur est parfois appelé CPU (Central Processing Unit) ou encore MPU (Micro-
Processing Unit) pour les microprocesseurs.
Un microprocesseur n’est rien d’autre qu’un processeur dont tous les constituants sont réunis
sur la même puce électronique, afin de réduire les coûts de fabrication et d’augmenter la
vitesse de traitement.
Les microordinateurs sont tous équipés de microprocesseurs.
La mémoire principale
La mémoire principale permet le stockage de l’information (programmes et données)
La mémoire est divisée en emplacements de taille fixe (par exemple 8 bits) utilisés pour stocker
les instructions et les données.
30Vous pouvez aussi lire
