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Télécommunications et réseaux 1ème année
ANNEE 2013-2014
ELKHOMSI MOHAMED
ARCHITECTURE DES
ORDINATEURS
Dans les années 1990, on parlait plutôt des NTI, Nouvelles
Technologies de l'Information, mais avec le mariage de
l'informatique, de l'électronique, des télécommunications et des
multimédias, on préfère parler désormais des NTIC :
Mais NTIC restent dans l'esprit du grand public associé à l'usage
d'informatique connecté à internet.
On remarquera que beaucoup de chercheurs et praticiens
demandent à supprimer le terme nouveau en remplaçant NTIC
par TIC, en expliquant qu'on ne peut pas éternellement désigner
comme nouvelles des techniques qui sont utilisées depuis 20 ans.
Le terme NTIC persiste.
Contrairement aux autres secteurs industriels, l'industrie
informatique pousse au renouvellement rapide de ses produits.
Ce secteur a réussi depuis près de 30 ans à multiplier la puissance
du matériel informatique à prix constant.
Les constructeurs offrent des nouvelles gammes de produits
[Imprimantes, processeurs, cartes graphiques, ... ] pratiquement
tous les trimestres, pour amener les particuliers et les entreprises à
changer le plus souvent possible leur équipement informatique.
Pourtant, il est bon de rappeler certaines évidences :
Quand vous achetez du matériel informatique à une date donnée,
tout ce que ce matériel peut réaliser : par exemple de la
bureautique, du traitement vidéo ou audio, regarder des films,
jouer, communiquer par mail , il pourra le réaliser durant toute sa
durée de vie.
Il faut donc faire attention à la notion d'obsolescence du
matériel informatique.
Il apparaît juste de temps en temps des nouveaux logiciels, plus
gourmands en ressources matérielles c’à d plus de mémoire, des
processeurs plus puissants, un plus gros disque dur qui, eux, ne
fonctionneront plus sur votre ordinateur.
Aussi attention à ne pas trop prêter attention aux discours
industriels qui vous incitent souvent à renouveler votre matériel là
ou un simple rajout de disque dur ou de mémoire suffirait à
poursuivre son utilisation pour des usages nouveaux et où rien
n'est nécessaire pour poursuivre vos usages habituels.
À part pour des usages spécifiques principalement
les jeux 3D, le traitement vidéo et audio les
ordinateurs, même relativement anciens, (moins de
7 ans) peuvent pratiquement tous faire
de la bureautique :Traitement de texte, tableur,
présentation,...,
de la navigation et mail sur Internet. La lenteur des
connections peut venir de votre débit de connexion ,elle
ne viendra pas de votre équipement informatique.
Si on prend comme hypothèse l'évolution passée de
l'informatique et qu'on tente de prévoir la puissance des
équipements informatiques et les usages de demain en 2030..
Cette puissance devrait être multipliée par 8 000 à coût constant.
L’ordinateur de 2030 ne sera pas encore capable de réaliser, en
terme de puissance de calcul, ce qu'un cerveau humain peut
réaliser.
Par contre, on verra probablement de plus en plus de logiciels
simulant vocalement, et graphiquement des personnes humaines.
Ainsi, nous aurons des interlocuteurs virtuels qui répondront à nos
questions quand on aura un problème de livraison de colis par la
Poste, par exemple.
Accès au réseau Internet
On disposera probablement presque tous d'un accès réseau
avoisinant les 100 térabits par secondes (pour infos, les
connections adsl sont aujourd'hui plutôt de 1 à 16 mégabits par
secondes) soit 12500 fois plus rapide ce qui permettrait donc des
usages de vidéos hautes définitions instantanément.
Aujourd'hui 1,3 milliard de terminaux mobiles sont connectés à
Internet parmi eux principalement des ordinateurs et des
téléphones portables. En 2030 on peut estimer que 40 milliards
d'outils divers seront connectés à Internet, avec de plus en plus
d'électronique connectée et intégrée dans toutes les machines que
nous utilisons[ordinateurs et portables mais aussi des portails de
maison, réfrigérateurs, machines à café, montres, etc.].
Dans les passages précédents, on a vu qu'il fallait prendre du
recul sur l'évolution rapide du matériel informatique et sa
relative obsolescence. Pourtant il existe un domaine où
l'obsolescence est manifeste, c’est le domaine des ressources
humaines où il faut impérativement actualiser les compétences .
par exemple ,la formation continue, est nécessaire et permet à
chacun d'entre nous de garder un bon niveau de maîtrise sur
tous les changements intéressants qui se produisent dans sa
branche. Et également de continuer à se former aux nouveaux
outils informatiques et logiciels que vous avez appris pendant
vos études.
Un étudiant qui a passé son Certificat avec succès en 2004
saura probablement toute sa vie bien structurer un document
avec un traitement de texte ou utiliser un tableur s'il continue à
pratiquer ces outils. Cependant ce même étudiant n'aura pas
appris par exemple ce qu'est un flux RSS car ce n'était pas
demandé dans le programme 2004.
Il est donc important de comprendre que les connaissances que
vous obtenez aujourd'hui d'utilisation d'outils informatiques
correspondent à une date donnée. Il sera de votre ressort
ensuite d'actualiser ces connaissances.
Un fil RSS est un moyen pour se tenir au courant des mises à jour d'un
site. A chaque fois qu'un article est mis à jour ou qu'un nouvel article est
publié, le fil RSS peut vous prévenir de ces mises à jour.
▪ Ces prospections sont inspirées d'un rapport du cabinet Prosodie, groupe international d'experts en informatique, qui a
tenté en 2006 avec un certain nombre de spécialistes d'imaginer ce que sera l'informatique de demain.
Un ordinateur est un système complexe, capable de réaliser des tâches variées. Il est composé d’un ensemble d’éléments matériels et logiciels.
Les premiers sont des composants physiques d’un ordinateur
Les éléments logiciels sont des ensembles de programmes qui permettent d’indiquer à l’ordinateur quelles tâches il doit réaliser, et comment les effectuer :
ce sont le système d’exploitation (comme Windows, Mac OS ou Linux), et les applications que vous demandez à votre ordinateur d’exécuter.
Du point de vue de utilisateur, un logiciel est une application qui
répond à l'un de ses besoins. un logiciel est l'ensemble des
éléments informatiques qui permettent d'assurer une tâche ou une
fonction.
Exemple : logiciel de comptabilité, logiciel de gestion des prêts.
C'est une suite d'instructions écrites dans un des langages
informatiques qui forme un tout cohérent.
Le terme a été inventé en 1967 pour remplacer le terme anglais
"software". Le logiciel [programme , application] est la partie non
visible de l'ordinateur.
Le logiciel qui permet aux autres logiciels de fonctionner et qui
gère aussi les ressources matérielles de la machine (écran, clavier,
...) sur un ordinateur donné s'appelle système d'exploitation.
Pour créer un logiciel, la manière la plus courante est de
l'écrire dans un langage informatique compréhensible
par des humains, et ensuite de le traduire en code
binaire. Cette traduction est effectuée par un logiciel
appelé compilateur.
Le code binaire est incompréhensible pour l'homme.
Le logiciel dans sa forme compréhensible est appelé
source du logiciel, ou source du programme (parfois
aussi "code source "), et dans sa version en langage
machine, il est appelé "binaire" (ou exécutable).
Imaginons que vous vous trouvez dans un restaurant et que
vous mangez un excellent plat. Pour le cuisiner chez vous il
faut une recette?
En informatique, pour un logiciel, un code source est la
recette, le binaire ou le code exécutable est le plat déjà
cuisiné.
La plupart des logiciels dits logiciels propriétaires sont
distribués sans leur code source et il est interdit d'essayer de
comprendre leur fonctionnement, ou d'essayer de les
modifier pour les adapter à vos besoins à la différence des
logiciels à code ouvert (open source).
un programme n’a pas de réalité physique.
C’est un ensemble d’informations qui décrit la
manière de réaliser une action.
L’ensemble des programmes disponibles sur un
ordinateur constitue ses éléments logiciels.
Il existe deux catégories de programmes :
les systèmes d’exploitation
les applications.
Un ordinateur possède trois fonctions :
Calculer ;
Gérer des données ;
Communiquer.
C'est la tâche pour laquelle l'ordinateur a été conçu au départ.
D'ailleurs, le nom anglais de l'ordinateur, « computer », signifie
en français « calculateur ».
La fonction de calcul d'un ordinateur ne se limite pas à
l'utilisation de la calculette, d'un tableur ou à l'exécution de
programmes de calculs scientifiques.
Mais le calcul existe dans toutes les opérations que réalise un
ordinateur :
L'affichage d'une page web ou d'un document
Le codage et le décodage des informations stockées dans les fichiers,
La gestion des communications avec d'autres ordinateur sur un
réseau...
Exemple Par exemple, lorsque l'on rédige une lettre dans un
traitement de texte, le texte et sa mise en forme sont transformés en une suite de nombres que l'ordinateur peut ensuite stocker ou manipuler.
Cette opération, appelée « codage de l'information », est l'une des nombreuses opérations de calcul nécessaires au fonctionnement des différents programmes
Lorsque vous utilisez un ordinateur, vous avez souvent besoin
de conserver les résultats de votre travail. Rédaction d’un CV,
d’un message ou retouche d'image par exemple.
Dans toutes ces situations, une fois votre travail terminé, vous
souhaitez que l'ordinateur puisse enregistrer les données
correspondantes, et vous les restituer ultérieurement.
Quels que soient les éléments de l'ordinateur où ce stockage
aura lieu, il est nécessaire de mettre en forme ces données et
de les organiser, pour que vous puissiez les retrouver au
milieu de l'ensemble des autres données également stockées
au même endroit.
Un ordinateur peut communiquer soit avec un utilisateur, soit
avec un autre ordinateur.
La fonction de communication ne consiste donc pas
uniquement à échanger des informations sur Internet. Cette
utilisation est d’ailleurs la plus récente, puisqu’elle ne s’est
réellement développée qu’à partir des années 1990.
En revanche, quelle que soit la tâche que vous réalisez avec
votre ordinateur, vous passez votre temps à interagir avec lui,
soit pour lui donner des ordres, soit pour prendre
connaissance des résultats.
Les trois éléments essentiels d'un ordinateur sont, le processeur, la mémoire et le dispositif de gestion des entrées-sorties. Ils communiquent entre eux par l'intermédiaire du bus.
Le microprocesseur est le cerveau de l'ordinateur où se déroulent le calcul.
Un microprocesseur est une puce électronique qui se présente sous la forme d'une boîte, dont la taille et la forme varient selon son degré de perfectionnement.
Lorsque vous regardez à l'intérieur d'un ordinateur, il est souvent caché par un dispositif de refroidissement, qui lui permet de fonctionner à une vitesse élevée en conservant une température optimale de l'ordre de 50° .
L'ordinateur exécute des tâches complexes, appelées
programmes ou processus, ces processus sont traités par le
microprocesseur sous forme d'une suite d'opérations.
Ces opérations sont l’addition, multiplication, tests
logiques...
Un processeur moderne peut contenir plusieurs unités de
calcul, additionneur, multiplicateur entier ou flottant.
Certains peuvent effectuer des opérations plus complexes
comme plusieurs additions et multiplications flottantes
simultanément.
Le processeur peut donc réaliser plusieurs instructions
élémentaires parallèlement.
Pour permettre au microprocesseur de fonctionner, d'autres éléments lui sont rattachés.
La mémoire vive (RAM « Random Access Memory ») de l'ordinateur sert pour stocker les données et les programmes.
C’est une mémoire volatile La mémoire vive se présente sous forme de
«barrettes » , représentant une certaine quantité de mémoire.
Une machine peut accepter entre une et quatre barrettes.
Pour pouvoir exécuter un processus, il faut que le programme et les données soient « chargés » en mémoire, c'est-à-dire recopiés, depuis les supports où ils sont stockés lorsque l'ordinateur est éteint, vers la mémoire.
Lorsque vous avez plusieurs applications ouvertes en même temps, l’ensemble de ces application doivent chargées en mémoire au même temps.
Le système d'exploitation d'un ordinateur est toujours résident en mémoire centrale et , également exécutés par le microprocesseur.
Dans le cas où votre ordinateur ne dispose pas d'assez de mémoire pour stocker tous les programmes et toutes les données associées, votre ordinateur peut utiliser, un disque dur pour enregistrer temporairement les informations . C’est ce qu’on appel la mémoire virtuelle.
À chaque fois qu'il aura à exécuter une opération dont les informations sont stockées dans cet espace temporaire, il devra donc échanger ces données avec d'autres, situées dans la mémoire.
Cette opération peut prendre beaucoup de temps et ralentir considérablement l'ordinateur.
En informatique, un bus permet le transport des
informations entre différents composants d'un
ordinateur.
Il sert à relier le microprocesseur à la mémoire centrale,
aux dispositifs de stockage ou aux périphériques.
D'un point de vue technique, il est constitué d'un
ensemble de fils (une nappe) ou de « pistes » sur un
circuit intégré.
Chacune de ces pistes permet de véhiculer une
information en parallèle. Par conséquent, leur nombre
influe sur la vitesse de transfert des données entre les
composants de l'ordinateur.
La carte mère d'un ordinateur est la « plaque » de circuit
imprimé qui permet de relier tous les composants, et qui
prend la plus grande partie, à l'intérieur du boîtier .
La principale fonction d'une carte mère est la mise en
relation de ces composants par des bus sous forme de
circuits imprimés.
Elle comporte notamment des emplacements (ou « slots »),
prévus pour accepter différents types de composants.
Il y a par exemple un ou plusieurs emplacements prévus
pour le(s) processeur(s), pour les barrettes mémoire, et des
emplacements génériques pour les périphériques.
Les périphériques sont des composants physiques qui ne font pas
partie du cœur d'un ordinateur, mais qui permettent cependant de
réaliser les deux autres fonctions de l'ordinateur : la gestion des
données et la communication.
Les périphériques peuvent se trouver à l'intérieur du boîtier de
l'ordinateur (on parle alors de périphériques internes), ou à
l'extérieur (ou périphériques externes).
Dans les périphériques internes on trouve les cartes réseau ou les
cartes graphiques, ils sont même intégrés sur les cartes mères, pour
des raisons de coût et de vitesse de transfert des données.
Dans les périphériques externes, on trouve tous les éléments qui
permettent à l'utilisateur de dialoguer avec un ordinateur (clavier,
souris, écran...).
À chaque périphérique correspond, au niveau de la
carte mère, un élément matériel appelé contrôleur de
périphérique, qui permet la connexion au bus
approprié, et la transmission des signaux électriques du
périphérique et vers les autres composants.
Ce contrôleur est accompagné d'un module logiciel
appelé pilote (ou « driver », en anglais), qui explique au
système d'exploitation comment fonctionne ce
périphérique, c'est-à-dire où se trouve son contrôleur et
comment échanger des informations avec ce dernier.
Il existe deux grands types de périphériques de communication,:
▪ La communication avec l'utilisateur qui se trouve en face d'une
machine se fait par des périphériques d'entrée/sortie (clavier,
souris, écran, imprimante, microphone, hauts parleurs, appareil
photo numérique, caméra vidéo...).
▪ La communication avec d'autres ordinateurs se fait par des
interfaces (intermédiaires):
▪ modem (pour modulateur-démodulateur), qui permet de relier un ordinateur à
une prise téléphonique,
▪ une carte réseau filaire (ou LAN, pour « Local Area Network »),
▪ carte réseau sans fil (ou WIFI, pour « Wireless Fidelity »).
Ces périphériques peuvent être internes ou externes.
Appeler : Périphériques de stockage, dans la mesure où ils
permettent d'emmagasiner des données lorsqu'elles ne sont
pas utilisées par le microprocesseur ou l’ordinateur est
éteint.
Trois catégories de périphériques de stockage peuvent être
distinguées :
▪ les mémoires de masse (disque dur), accessibles en
lecture et écriture ;
▪ les mémoires de stockage (lecteur ou graveur de CD et de
DVD, lecteur de bandes magnétiques), uniquement
destinés à des archivages durables ;
▪ les périphériques de stockage sur supports moins fiables,
mais qui permettent de transférer des données d'un
ordinateur à un autre (clé USB, lecteur de disquettes).
Les processeurs intègrent dans leur puce une mémoire cache accessible très rapidement pour accélérer les opérations.
On ajoute également un deuxième niveau de mémoire, placée juste à coté du processeur sur la carte mère, connue sous le nom de cache niveau2 ou L2.
Les communications avec le processeur sont plus rapides que celles avec la mémoire car elles ne passent pas par le bus dont la bande passante est bien inférieure au débit du processeur.
Lorsqu'une instruction ou une donnée est contenue dans un cache son fonctionnement est accéléré car il n'attend plus son transfert.
Le processeur demande simultanément l'information voulue à
la mémoire et aux caches. Lorsqu'elle est disponible dans les
caches la réponse arrive très rapidement.
D’où l’intérêt de posséder des caches de grande dimension.
Idéalement toute la mémoire devrait être un immense cache
accessible très rapidement mais cela exploserait le prix des
machines.
Les superordinateurs comme les Cray, la mémoire est
construite avec les dispositifs les plus rapides, identiques à
ceux utilisés dans les caches des machines ordinaires. Les
performances sont optimales mais le coût est absolument
prohibitif!
Il faut noter le rôle des registres, ils sont des véritables
mémoires internes du processeur. L'utilisateur n'y accède pas
directement mais un compilateur sait en tenir compte.
Pour pouvoir exécuter un processus, il faut que le programme et les données soient « chargés » en mémoire.
Lorsque vous avez plusieurs applications ouvertes en même temps, l’ensemble de ces application doivent chargées en mémoire au même temps.
Dans le cas où votre ordinateur ne dispose pas d'assez de mémoire pour stocker tous les programmes, le processeur utilise un support de stockage (disque dur) pour enregistrer temporairement les informations dont il ne se sert pas à un moment précis. C’est ce qu’on appel la mémoire virtuelle.
À chaque fois qu'il aura à exécuter une opération dont les informations sont stockées dans cet espace temporaire, il devra donc échanger ces données avec d'autres, situées dans la mémoire.
Cette opération prend beaucoup de temps et ralentir l'ordinateur.
