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Architecture des ordinateurs

Encadr par : A. ERRAMI

Anne 2010 - 2011

Cours architecture des ordinateurs - 2 -

PLAN DU COURS

Introduction : description gnrale des diffrents lments dun ordinateur

Chapitre1 : Les nombres et les systmes de numration

- Le systme binaire, le systme dcimal, le systme hexadcimal Les nombres signs et les nombres non signs Reprsentation des caractres Reprsentation des rel sous format flottant

Chapitre2 : Architecture interne et principe de fonctionnement du microprocesseur

Les lments de base dun ordinateur Principe de fonctionnement du microprocesseur

Chapitre 3 : Mcanisme d'augmentation des performances dans les nouvelles architectures

- Mcanisme du PIPELINE - Paralllisme et architecture super scalaire

Mcanisme du cache mmoire Mcanisme du DMA

Chapitre4 : Les BUS d'ordinateurs

Les diffrents niveaux de bus - Les signaux et les paramtres d'un BUS - Exemples de BUS

Mcanismes de partage de BUS

Chapitre5 : Le systme d'interruption

Les diffrents types d'interruptions Reconnaissance de la source d'interruption

- Traitement d'une demande d'interruption - Principe d'un contrleur d'interruption

Chapitre6 : La mmoire centrale

Structure interne et principe de fonctionnement d'un botier mmoire Classification des botiers mmoire Les barrettes mmoire Gestion de la mmoire centrale et notion de mmoire virtuelle

Chapitre7 : Les entres sorties d'un systme microprocesseur

- Classification des priphriques et des types d'interfaces - Principes d'change de donnes en entre et en sortie - Exemples de priphriques


Introduction


Quentend-t-on par architecture ?

L'architecture d'un systme microprocesseur reprsente lorganisation de ses diffrentes units et de leurs interconnexions. Le choix d'une architecture est toujours le rsultat d'un compromis : - entre performances et cots - entre efficacit et facilit de construction - entre performances d'ensemble et facilit de programmation

Quest ce quun ordinateur ?

Un ordinateur est une machine de traitement de linformation.

Il est capable de raliser les oprations suivantes : * acquisition de linformation * stockage de linformation * transformation de linformation par son traitement * restitution de linformation

Le mot informatique vient de la contraction des deux mots : information et automatique.

Nous distinguons diffrents types dinformations : * donnes sous forme de texte, de nombres, de son ou dimages * les instructions composant un programme.


Les principales composantes dun ordinateur

* une unit centrale ( botier )

* des units de saisies (clavier, souris, ) ;

* des units de sorties (crans, imprimantes, ...).

Les formes de botiers dun ordinateur

5- Lordinateur portable

Lcran dordinateur

Lcran ( ou moniteur informatique ) est le tout premier priphrique de sortie de l ordinateur. Il est connect une carte daffichage (aussi appele carte graphique ) qui est elle mme insre dans un connecteur d extension de l unit centrale. Les moniteurs se diffrencient par :

leur taille : elle est dfinie par la taille de la diagonale exprime en pouces : 14, 15, 17, 20 et 21 la rsolution : elle prsente la finesse avec laquelle limage

Modle bureau Modle mini tour Modle tour


est affiche, elle se mesure en nombre de points appels pixels , qui peuvent tre affichs horizontalement et verticalement.

La nome VGA impose un minimum de 640 x 480 pixels avec 16 couleurs La norme SVGA peut atteindre 1280 x 1024 pixels avec 16 millions de couleurs.

la frquence : l image affiche par un moniteur est en permanence redessine ( rafrachie ) une frquence exprime en hertz ( Hz ) . Cette frquence doit tre au minimum

75 Hz.

Les lments de lunit centrale

Lunit centrale est le cur de la machine et cest au sein de cette unit que seffectue pratiquement toutes les oprations possibles (arithmtiques, logiques, transfert de donnes, les commandes, les signalisations, etc...). Cette unit comporte, en gnral, les lments suivants :

Bloc alimentation Carte mre ; Lecteur de disquette Lecteur de CD-ROM ou DVD-ROM Disque(s) dur(s) ; Carte graphique ; Carte son ; Carte contrleur (de disque dur, de lecteur de disquette, etc)


La carte mre et ses composantes

La carte mre est lentit principale de lUC. Parmi ses principaux lments : le microprocesseur la mmoire principale ou central les bus

Les caractristiques principales dune carte mre sont : Type de microprocesseurs et la frquence de travail ; Taille de la mmoire RAM ; Taille de la mmoire cache ; Vitesse des bus ; Type de bios utilis.


Architecture dune carte mre


Le disque dur

La mmoire vive de lordinateur se vide lextinction de celui-ci. Cest pourquoi il est ncessaire denregistrer (on dit sauvegarder) sur le disque dur les donnes sur lesquelles on travail. Les deux principaux types de disques durs sont appels IDE, SATA et SCSI. Le premier est le meilleur choix pour un usage courant, alors que le disque SCSI montre certains avantages dans un environnement rseau.


Le microprocesseur

La famille Pentium se subdivise en plusieurs gnrations de processeurs : du pentium original 60 MHz jusqu au rcent Pentium IV plusieurs GHz. Deux autres fabricants de processeurs : AMD et CYRIX proposent des alternatives certains modles de pentium.

Systme de ventilation dun microprocesseur


La carte graphique


Les imprimantes


Programmation

Un programme, souvent appel logiciel (software), est une squence d'instructions qui indique au matriel informatique (hardware) les oprations qu'il doit effectuer sur les donnes.

Les programmes peuvent tre intgrs au hardware, comme sur les micro-ordinateurs que l'on trouve dans les calculatrices, les montres, les moteurs automobiles ou les fours micro-ondes.

Sur un ordinateur classique coexistent deux types de logiciel, selon le type de tche qu'ils excutent.

* Les logiciels d'application prennent en charge la multitude des tches pour lesquelles sont utiliss les ordinateurs : traitement de texte, gestion de bases de donnes, etc. * Les logiciels systme, qui sont souvent invisibles l'utilisateur, contrlent le fonctionnement de l'ordinateur : on les appelle systmes d'exploitation.

Systme dexploitation

Les systmes d'exploitation grent l'allocation et l'utilisation des ressources matrielles de l'ordinateur, telles que la mmoire, l'unit centrale de traitement, l'espace du disque dur et les priphriques (imprimante, manette de jeu, modem, etc).

Ce sont des logiciels stocks de faon permanente dans la mmoire, qui interprtent les commandes de l'utilisateur suivant le service qu'il dsire : afficher, imprimer ou copier des fichiers de donnes, lister tous les fichiers d'un rpertoire, ou encore excuter un programme particulier.

Monotches et multitches Il existe deux types de systmes dexploitation : les systmes monotches, qui ne peuvent excuter quune tche la fois, et les systmes multitches, qui permettent deffectuer plusieurs tches simultanment. MSDOS : systme dexploitation mono tche WINDOWS : systme dexploitation multi tches


Ebauches historiques :

Les ORDINOSAURES

Machine de PASCAL 1642



Les ORDINOSAURES

Charles Babbage ( 1791 1871 )



ENIAC : Ordinosaure Tubes ( 1946 )



Composant lmentaire :

Le TRANSISTOR tube



Composant lmentaire :

Le TRANSISTOR semi-conducteur


Evolution de la technologie des microprocesseurs

1971 2007



Les premiers ordinateurs de lge moderne



Les ordinateurs daujourdhui


O trouve-t-on des systmes microprocesseur ?

Les applications des systmes microprocesseurs sont multiples et varies : - Ordinateur, PDA - console de jeux - calculatrice - tlvision - tlphone portable - distributeur automatique dargent - robotique - lecteur carte puce, code barre - automobile - instrumentation

1971 2007


Chapitre 1

Les nombres et les systmes de numration

Soit un nombre N et Ci un ensemble de caractres, on dit que le nombre N est reprsent dans la base B sil existe la relation suivante entre N, Ci et B :

N= Cn-1 x Bn-1 + Cn-2 x Bn-2 + .+ C1 x B1 + C0 x B0

Bn-1 , Bn-2 ,., B1, B0 tant les puissances de la base B, ils dsignent les poids du nombre N.

Exemples de systme de numrotation :

systme dcimal : B=10, Ci { 0,1,2,.,9} systme hexadcimal : B=16, Ci { 0,1,2,.,9,A,B,C,D,E,F} systme binaire : B=2, Ci { 0,1}

Reprsentation des nombres dans le systme Binaire Cod Dcimal BCD :

Chaque chiffre dcimal composant le nombre est reprsent en binaire sur 4 bits :

( 1 3 8 ) 10 = 0001 0011 1000

Passage dun systme de numrotation un autre :

du dcimal vers le binaire : technique des divisions successives par 2 du binaire vers le dcimal : dcomposition en somme des puissances successives de deux du dcimal vers lhexadcimal : technique des divisions successives par 16. de lhexadcimal vers le binaire : dcomposition en somme des puissances successives de

16 du binaire vers lhexadcimal et vice versa : regroupement par bloc de quatre bits

Reprsentation en binaire des nombres ngatifs

Pour reprsenter les nombres ngatifs, on utilise le codage du signe et la technique du complment deux.

Le complment deux dun nombre est obtenu en rajoutant une unit au complment un.

Le complment un est obtenu par substitution des 0 par des 1 et des 1 par des 0. La valeur du signe est indiqu par le bit de poids fort ( le bits MSB) :

Cours architecture des ordinateurs

MSB = 0 : signe positif MSB = 1 : signe ngatif

Si le nombre est positif, son MSB = 0 et les autres bits donnent la valeur en binaire du nombre

Si le nombre est ngatif, son MSB = 1 et les autres bits donnent la valeur en complment deux du nombre.

Reprsentation des caractres

Les caractres sont des donnes non numriques : il ny a pas de sens additionner ou multiplier deux caractres. Par contre, il est souvent utile de comparer deux caractres, par exemple pour les trier dans lordre alphabtique. Les caractres, appels symboles alphanumriquessymboles de ponctuation (& ~ , . ; # " Un texte, ou chane de caractresLe codage des caractres est fait par une table de correspondance indiquant la configuration binaire reprsentant chaque caractre.

Le code ASCII ( American Standard Code for Information Interchangele plus utilis cet effet par les systmes de traitement de l


: signe positif : signe ngatif

Si le nombre est positif, son MSB = 0 et les autres bits donnent la valeur en binaire du

Si le nombre est ngatif, son MSB = 1 et les autres bits donnent la valeur en complment

Reprsentation des caractres

Les caractres sont des donnes non numriques : il ny a pas de sens additionner ou multiplier deux caractres. Par contre, il est souvent utile de comparer deux caractres, par exemple pour les trier dans

symboles alphanumriques, incluent les lettres majuscules et minuscules, les symboles de ponctuation (& ~ , . ; # " - etc...), et les chiffres.

chane de caractres, sera reprsent comme une suite de caractresLe codage des caractres est fait par une table de correspondance indiquant la configuration binaire reprsentant chaque caractre.

American Standard Code for Information Interchange) tant le systmes de codage ffet par les systmes de traitement de l information.

Le Code ASCII

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Si le nombre est positif, son MSB = 0 et les autres bits donnent la valeur en binaire du

Si le nombre est ngatif, son MSB = 1 et les autres bits donnent la valeur en complment

Les caractres sont des donnes non numriques : il ny a pas de sens additionner ou multiplier deux caractres. Par contre, il est souvent utile de comparer deux caractres, par exemple pour les trier dans

, incluent les lettres majuscules et minuscules, les

, sera reprsent comme une suite de caractres. Le codage des caractres est fait par une table de correspondance indiquant la configuration binaire

) tant le systmes de codage


Les commandes du code ASCII


Les commandes du code ASCII

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Reprsentation des nombres rels


Reprsentation des nombres rels : Technique de la virgule Flottante

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: Technique de la virgule Flottante


Chapitre 2

Architecture interne et principe de fonctionnement du microprocesseur

Architecture de base dun ordinateur : Modle de von Neumann


Lunit centrale

Elle est compose par le microprocesseur qui est charg dinterprter et

dexcuter les instructions dun programme, de lire ou de sauvegarder les

rsultats dans la mmoire et de communiquer avec les units dchange.

Toutes les activits du microprocesseur sont cadences par une horloge.

La mmoire principale

Elle contient les instructions du ou des programmes en cours dexcution et les

donnes associes ce programme.


Les interfaces dentres/sorties

Elles permettent dassurer la communication entre le microprocesseur et les

priphriques. ( capteur, clavier, moniteur ou afficheur, imprimante, modem, etc).

Les bus

Un bus est un ensemble de fils qui assure la transmission du mme type

dinformation


Dcodage dadresses

La multiplication des priphriques autour du microprocesseur oblige la prsence dun dcodeur dadresse charg daiguiller les donnes prsentes sur le bus de donnes. En effet, le microprocesseur peut communiquer avec les diffrentes mmoires et les diffrents botiers dinterface. Ceux-ci sont tous relis sur le mme bus de donnes et afin dviter des conflits, un seul composant doit tre slectionn la fois. Lorsquon ralise un systme microprogramm, on attribue donc chaque priphrique une zone dadresse et une fonction dcodage dadresse est donc ncessaire afin de fournir les signaux de slection de chacun des composants.


Principe de fonctionnement du microprocesseur

Dfinition du microprocesseur

Un microprocesseur est un circuit intgr numrique, programmable, capable dexcuter automatiquement un programme comportant un ensemble doprations lmentaires.

Le microprocesseur doit assurer, au minimum, les fonctions suivantes:

oprations arithmtiques et logiques dcodage et squencement des instructions transfert de donnes possibilit de tests logiques et branchements

Avantage des microprocesseurs sur la logique cble

La grande innovation des microprocesseurs est la possibilit de les programmer. Il est ainsi possible de dvelopper un systme d'usage relativement gnral, et de spcifier par la suite, lors de l'adjonction du programme, les diffrentes et nombreuses applications couvertes par ce mme systme. Ceci a pour effet non ngligeable de faire dcrotre dans un facteur important le prix de revient d'un systme.

Langage de programmation

Le langage machine est le langage compris par le microprocesseur. Ce langage est difficile matriser puisque chaque instruction est code par une squence propre de bits. Afin de faciliter la tche du programmeur, on a cr diffrents langages plus ou moins volus.


Le langage assembleur est le langage le plus proche du langage machine. Il est compos par des instructions en gnral assez rudimentaires que lon appelle des mnmoniques. Ce sont essentiellement des oprations de transfert de donnes entre les registres et l'extrieur du microprocesseur (mmoire ou priphrique), ou des oprations arithmtiques ou logiques. Chaque instruction reprsente un code machine diffrent. Chaque microprocesseur peut possder un assembleur diffrent. La difficult de mise en uvre de ce type de langage, et leur forte dpendance avec la machine a ncessit la conception de langages de haut niveau, plus adapts l'homme, et aux applications qu'il cherchait dvelopper. Faisant abstraction de toute architecture de machine, ces langages permettent l'expression d'algorithmes sous une forme plus facile apprendre, et dominer (C, Pascal, Java, etc). Chaque instruction en langage de haut niveau correspondra une succession dinstructions en langage assembleur. Une fois dvelopp, le programme en langage de haut niveau nest donc pas comprhensible par le microprocesseur. Il faut le compiler pour le traduire en assembleur puis lassembler pour le convertir en code machine comprhensible par le microprocesseur. Ces oprations sont ralises partir de logiciels spcialiss appels compilateur et assembleur.

Exemple de programme :


Fonctionnement d'un microprocesseur

La fonction essentielle d'un microprocesseur est d'excuter une suite d'instructions : le programme.

Structure d'une instruction Une instruction comporte toujours un code opratoire (op-code) qui dfinit la nature de l'opration effectuer et trs souvent des donnes qui portent le nom d'oprandes ( operands, data).

Exemples dinstructions :

ADD A,B ADD : code opratoire A, B : 2 oprandes NEG C NEG : code opratoire C : 1 oprande NOP NOP : code opratoire pas d'oprande Les donnes sont traites par l'Unit Arithmtique et Logique ( ALU : Arithmetic and Logic Unit) alors que les instructions sont analyses par l'unit de commande ( CU: Control Unit). Donnes et codes opratoires enregistrs dans la mmoire arrivent vers le microprocesseur qui doit, avant traitement, dterminer s'il est en prsence d'un code opratoire ou d'une oprande. Pour rsoudre ce problme on utilise la convention suivante: La premire information d'un programme est toujours une instruction. Les informations suivantes sont des donnes ou des instructions.


Le microprocesseur est constitu dune unit de commande ( UC ) qui gre les codes opratoires et dune ALU qui traite les donnes. LUC contient plusieurs organes qui sont :

le registre dinstructions le dcodeur dinstructions lunit de contrle ou squenceur

Pour excuter une instruction, lUC gnre une suite doprations lmentaires appeles micro-instructions. Ces micro-instructions sont ranges dans une mmoire interne au microprocesseur et que lon nomme : mmoire de microprogramme. Traitement d'une instruction

La toute premire chose effectuer est d'aller rcuprer en mmoire le code opratoire de l'instruction, c'est la phase recherche ( Fetch ).

Ce code opratoire est alors achemin vers un organe interne au microprocesseur qu'est le registre d'instruction ( Instruction Register) o il va tre stock temporairement. Le microprocesseur doit alors analyser le code opratoire pour savoir ce qu'il doit faire. C'est la deuxime phase ou phase dcodage ( decode ) , fonction qui est prise en charge par le dcodeur d'instruction.

Le dcodeur va donc actionner certains circuits afin d'excuter par leur intermdiaire l'instruction demande. La troisime phase est donc la phase dexcution ( execute ) .

Souvent, l'excution d'une instruction ncessite des oprandes qui doivent tre recherchs en mmoire avant l'excution de l'instruction. C'est l'unit de commande ( Sequencer ) qui s'en charge et on a alors les squences suivantes:

Cherche Dcode Cherche Excute Cherche Dcode ........

1 re instruction 2me instruction .......

Alors que les codes opratoires sont chargs dans le registre d'instructions, les oprandes sont stockes dans un autre tampon ( Buffer ) que l'on appelle le registre de donnes ( Data Register ), avant d'tre traites par l'ALU.


Exemple dexcution dune instruction Soit excuter linstruction :

MOVE @300,@4000 qui consiste prendre le contenu de ladresse 300 et le transfrer ladresse 4000.

Le microprogramme de cette instruction pourrait tre :

Exemple de Micro Machine: le microprocesseur PENTIUM

1- placer le PC dans Registre adresse et valider la mmoire

Lecture code OP 2- incrmenter le PC

3- charger registre instruction avec le code OP prsent sur le bus de donnes 4- dcoder linstruction ( il y a 2 oprandes qui sont des adresses)

dcodage

5- placer le PC dans le Registre Adresse et valider la mmoire

Lecture premire oprande 6- incrmenter le PC

7- charger le registre temporaire 1 avec loprande 1 ( 0300 ) 8- placer le contenu du registre temporaire 1 dans le registre dadresse et valider la mmoire

Lecture du contenu de ladresse 0300

9- charger le registre de donnes avec la valeur prsente sur le bus de donnes 10- placer le PC dans le Registre Adresse et valider la mmoire

Lecture deuxime oprande 11- incrmenter le PC

12 - charger le registre temporaire 1 avec loprande 2 ( 4000 ) 13- placer le contenu du registre temporaire 1 dans le registre dadresse

Ecriture ladresse 4000

14- placer le contenu du registre de donnes sur le bus de donnes ( contenu de ladresse 300 ) 15- valider lcriture de la mmoire ladresse 4000 16 instruction suivante

Le cadencement de ces oprations est ralis avec lhorloge du microprocesseur une micro-instruction par top dhorloge : ( cycle machine )


Chapitre 3

Mcanismes pour augmenter les performances dans les nouvelles architectures

Le microprocesseur est lun des lments les plus dterminant dans le fonctionnement dune machine. Du choix du microprocesseur va dpendre le niveau de performance de lensemble de la machine.

Performances dun microprocesseur

On peut caractriser la puissance dun microprocesseur par le nombre dinstructions quil est capable de traiter par seconde. Pour cela, on dfinit :

le CPI (Cycle Par Instruction) qui reprsente le nombre moyen de cycles dhorloge ncessaire pour lexcution dune instruction pour un microprocesseur donn.

le MIPS (Millions d'Instructions Par Seconde) qui reprsente la puissance de traitement du microprocesseur.

le MFLOPS (Nombre de Millions doprations flottantes Par Seconde) qui reprsente la puissance de calcul du microprocesseur.


Critres de slection dun microprocesseur


Notion darchitecture RISC et CISC

Actuellement larchitecture des microprocesseurs se composent de deux grandes familles :

L architecture CISC (Complex Instruction Set Computer)

Larchitecture RISC (Reduced Instruction Set Computer)


Principe du PIPELINE

Objectif : Une instruction excute par cycle dhorloge


Technologie SUPERSCALAIRE

Cette technologie consiste faire travailler plusieurs units dexcution en parallle dans le processeur.

Architecture interne du processeur Pentium


Mcanisme du CACHE

La mmoire cache est une mmoire ultra rapide destine viter les tats d'attente (de 6 15 ns de temps d'accs contre 60 pour la mmoire vive). Contrairement la mmoire vive, la mmoire cache (SRAM pour Static RAM) conserve les donnes qui y sont inscrites. Elle n'a donc pas besoin de rafrachissement, ce qui vite les tats d'attente du processeur. Les donnes qui transitent entre la mmoire vive et le processeur sont stockes dans la mmoire cache qui fait en quelque sorte office de tampon. Si le processeur a de nouveau besoin de ces donnes et cela arrive souvent qu'il fasse deux fois appel aux mmes, il les obtiendra beaucoup plus rapidement.


Structure du cache des microprocesseurs

Fonctionnement du cache

Le cache est un mcanisme purement matriel ( HARDWARE ) qui sera donc totalement transparent pour le logiciel.

Le principe du cache consiste faire associer chaque emplacement dans le cache une adresse dans la mmoire centrale. Il existe trois types dassociations possibles :

Association directe ( cache direct ):

A toute adresse physique peut tre associe une entre unique dans le cache.


Association totale ( cache associatif ) :

Elle consiste permettre nimporte quelle adresse physique doccuper nimporte quelle entre dans le cache.

Association partielle ( cache associatif N voies )

Elle consiste diviser le cache en plusieurs groupes oprant chacun de faon directe en parallle. A chaque adresse physique, pourront correspondre plusieurs entres dans le cache.


Structure


Structure du cache des microprocesseurs PENTIUM

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du cache des microprocesseurs PENTIUM


Mcanisme du DMA

Avec un contrleur dentre sortie qui peut accder directement la mmoire principale, le passage des donnes par le processeur est supprim. On parle alors de la technique daccs direct la mmoire ( DMA : Direct Memory Access )

La gestion de ce processus est assure par un contrleur spcialis : Contrleur DMA.

Architecture interne dun contrleur DMA : un contrleur DMA offre aux circuits dentres sorties plusieurs canaux de communication ( canaux DMA ). Chaque canal tant compos de quatre registres :

Canaux DMA du systme IBM PC

Les canaux DMA sont grs par un contrleur intgrs la carte mre dans le Chipset .

Le tableau ci-dessous donne les valeurs classiques des canaux DMA :


On peut multiplier le nombre de canaux DMA par la contrleurs DMA :


On peut multiplier le nombre de canaux DMA par la mise en cascade

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mise en cascade de plusieurs


Chapitre 4

Les BUS dordinateurs

Un bus est une structure dinterconnexion raccordant plusieurs circuits ou units dun ordinateur.

Dans une machine, on trouve plusieyrs niveaux de bus :

Bus interne ( Bus processeur ) Bus local Bus global ou Bus systme Bus spcialiss ( Bus dentre sortie ) Bus inter-ordinateur ( ou rseau


Signaux dun BUS :

On peut classer les signaux vhiculs sur un bus suivant la nature de ces signaux :

signaux de contrle :

pour larbitrage de laccs au bus

pour les interruptions

signaux de transfert

pour le protocole

pour les adresses

pour les donnes

Paramtres dun BUS :

Les paramtres essentiels de conception dun BUS sont :

nombre de ligne dadresses

nombre de lignes de donnes

cadencement des changes

rapidit des transferts

gestion de laccs au bus

gestion des interruptions

contrle des erreurs

Types de BUS :

Type de cadencement : Bus synchrone Bus asynchrone

Format des donnes : Bus srie Bus parallle


Cycle de lecture sur un BUS synchrone

Cycle de lecture sur un BUS asynchrone


Exemples de Bus

Le bus PCI (Peripheral Component Interconnect) a t dvelopp par Intel en 1993, concurremment la norme VESA. Il offre, dans sa version 1.0, un bus de 32 bits fonctionnant 33 MHz ce qui permet d'atteindre un taux de transfert de 132 Mo/s comme


avec un bus VESA. PCI offre l'avantage d'tre autoconfigurable, les cartes connectes tant automatiquement dtectes et exploites au mieux. C'est le Plug and Play qui vite donc d'avoir dplacer des cavaliers sur la carte ou encore d'avoir configurer les numros d'interruptions IRQ ou les canaux DMA utiliss par la carte. Dans sa spcification 2.0, PCI prsente de nouveaux connecteurs courts et surtout autorise l'accs 64 bits ncessaire l'exploitation des Pentium.

Le BUS AGP

Le bus AGP (Accelerated Graphics Port) est un bus rcent - 1997 - spcialis dans l'affichage. Il relie directement - au travers du chipset - le processeur de la carte graphique avec le processeur de l'UC et avec la mmoire vive. Il offre un bus de 32 bits, un fonctionnement en mode pipeline ce qui autorise des lectures et critures simultanes en


mmoire, des dbits atteignant 528 Mo/s (32 bits 66 MHz) dans la version AGP 2x et la possibilit d'accder galement la mmoire centrale en sus de la mmoire de la carte graphique. On peut ainsi manipuler des images lourdes ( affichage tridimensionnel 3D ) , sans saturer la mmoire de la carte graphique, puisqu'on peut placer une partie de l'image en mmoire centrale. La version de base AGP offre un dbit de 264 Mo/s, deux fois suprieur celui du bus PCI (132 Mois). AGP 2x offre donc un dbit de 528 Mo/s et AGP 4x -destin tirer partie au maximum des instructions des processeurs

Le BUS USB

USB signifie Universal Serial Bus Le USB a t conu afin de remplacer le port srie Il existe deux normes USB principales: USB1.1 (1998) et USB2.0 (2000, rvis en

2002). Le USB supporte 3 vitesses de communication:

Basse vitesse 1.5 Mb/s pour les appareils comme les claviers, souris, joystick

Pleine vitesse 12 Mb/s pour des appareils gros dbits comme les modems et tlphones.

Haute vitesse 480 Mb/s pour des appareils multimdia trs haut dbit comme les camoscope (une camra numrique).

Les transactions USB se font laide de jetons, cest--dire laide de bytes transmis ayant des valeurs et significations prcises.

Le port USB est totalement contrl par un contrleur unique appel hte (host). Lhte, souvent le PC, initie toutes les communications (mme les interruptions). Il est le matre absolu du bus.

Les jetons et messages transites dans des trames de 1ms ou de 125us (haute vitesse) (voir plus loin).

Le bus USB peut fournir lalimentation des appareils qui y sont connectes. 4 modes de transfert sont supports: Contrle, Interruptions, Bloc et Isochrone. Ils

sont tous dtaills plus loin. Les appareils nouvellement branchs sur le port USB sont dtectes

automatiquement.


Bus USB : description matrielle


Le cble USB est constitu de 4 fils: Vbus, GND, D+ et Dlalimentation 5Vdc (entre 4.75V et 5.25V) et la rfrence lectrique. D+ et Dau transport des donnes.

Il y a deux types de connecteurs USB tel que montr droite. Plus la frquence est

longueur max. dun cble USB est 5m. La puissance maximum pouvant tre tire dune connection USB est 5*(5V*100mA),

soit 2.5W. Lunit de courant de base est 100mA. Les lignes de donnes DOn dfinit sur les lignes de donnes deux tats : J et K.En basse vitesse : Etat J : D- > D+ d'au moins 200 mVEtat K : D+ > D- d'au moins 200 mVEn pleine vitesse c'est le contraire.Un tat J avec certaines v"innocup". De plus il existe une tat o D+ et Dpendant plus de 10 ms indique un reset, il est mis vers un appareil 100 ms aprs sa connexion. Ds qu'un appareil voit le signal de reset pendant plus de 2,5 microseconde, il doit faire son reset et le terminer avant la fin du signal(10 ms).

L'encodage des donns se fait selon la mthode NRZI. Un "1" est reprsent par l'absence de changement d'tat et un


constitu de 4 fils: Vbus, GND, D+ et Dlalimentation 5Vdc (entre 4.75V et 5.25V) et la rfrence lectrique. D+ et Dau transport des donnes. Il y a deux types de connecteurs USB tel que montr droite.Plus la frquence est leve, plus les cbles doivent tre courts. En haute vitesse la longueur max. dun cble USB est 5m. La puissance maximum pouvant tre tire dune connection USB est 5*(5V*100mA), soit 2.5W. Lunit de courant de base est 100mA. Les lignes de donnes D+ et D- fonctionnent en mode diffrentiel

On dfinit sur les lignes de donnes deux tats : J et K.

> D+ d'au moins 200 mV d'au moins 200 mV

En pleine vitesse c'est le contraire. Un tat J avec certaines valeurs minimales et maximales de tension indique un tat

De plus il existe une tat o D+ et D- sont au potentiel bas appel SE0. L'tat SE0 pendant plus de 10 ms indique un reset, il est mis vers un appareil 100 ms aprs sa

un appareil voit le signal de reset pendant plus de 2,5 microseconde, il doit faire son reset et le terminer avant la fin du signal(10 ms).

L'encodage des donns se fait selon la mthode NRZI. Un "1" est reprsent par l'absence de changement d'tat et un "0" par un changement d'tat.

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constitu de 4 fils: Vbus, GND, D+ et D-. Vbus et GND sont lalimentation 5Vdc (entre 4.75V et 5.25V) et la rfrence lectrique. D+ et D- servent

Il y a deux types de connecteurs USB tel que montr droite. leve, plus les cbles doivent tre courts. En haute vitesse la

La puissance maximum pouvant tre tire dune connection USB est 5*(5V*100mA),

fonctionnent en mode diffrentiel :

aleurs minimales et maximales de tension indique un tat

sont au potentiel bas appel SE0. L'tat SE0 pendant plus de 10 ms indique un reset, il est mis vers un appareil 100 ms aprs sa

un appareil voit le signal de reset pendant plus de 2,5 microseconde,

L'encodage des donns se fait selon la mthode NRZI. Un "1" est reprsent par l'absence


Chapitre 4

Systme dinterruptions

Gnralits

Une interruption permet d'arrter un programme, en cours d'excution sur le processeur, pour que celui-ci traite une tche considre comme plus urgente. Quand cette tche est termine, le processus interrompu doit alors tre repris en l'tat o il avait t laiss.

Les interruptions permettent donc des vnements, en gnral externes au microprocesseur, tels que coupures d'alimentation, alarmes, priphriques prts remettre ou recevoir des donnes..., d'attirer immdiatement l'attention de l'unit centrale.

Dans la mesure ou elle est accepte par le processeur, l'interruption permet ainsi au circuit priphrique ou au logiciel de suspendre le fonctionnement de ce microprocesseur d'une manire rationnelle et de lui demander l'excution d'un sousprogramme de service, dit galement sous-programme d'interruption.

Types dinterruptions

Une interruption peut tre provoque de diverses manires

par un priphrique, ltinterruption est alors dite externe et matrielle,

par un programme, ltinterruption est alors externe et logicielle,

par le processeur lui-mme lors de certains vnements exceptionnels, l'interruption est

alors dite interne et appele exception ( Trap ).


Reconnaissance des interruptions

Il existe divers moyens physiques pour dterminer la source d'une interruption - aussi note IRQ (Interruption ReQuest) - et donc y rpondre de manire approprie.

Interruption multiniveau

Interruption ligne unique

Interruption vectorise

Traitement des interruptions

Actions ralises par des circuits logiques

1. Le contrleur de gestion du terminal active un signal de demande d'interruption sur le bus du systme afin d'entreprendre une squence d'interruption.

2. Ds que l'UC est prete rpondre la demande, elle active son tour un signal du bus signifiant l'acquittement de la demande d'interruption.


3. Lorsque le contrleur du terminal reoit l'acquittement de sa demande d'interruption, il place sur le bus donnes un nombre particulier destin permettre son identification. Ce nombre est appel vecteur d'interruption.

4. LUC enregistre le vecteur d'interruption dans un tampon interne.

5. LUC range dans la pile le compteur ordinal et le registre d'tat courant.

6. L'UC charge une nouvelle valeur dans le compteur ordinal partir du vecteur d'interruption fourni par le terminal (en mode d'adressage index). Le vecteur d'interruption agit comme un index dans une table situe en mmoire une adresse fixe et connue. Supposons que le compteur ordinal contienne par exemple quatre octets, alors le vecteur d'interruption n correspond l'adresse 4n. Cette fois le compteur ordinal pointe vers la routine de traitement de l'interruption associe au terminal ayant gnr la demande.

Actions ralises par programme

7. La premire phase de la routine d'interruption consiste sauvegarder l'tat courant des registres de l'UC dans la pile pour les restituer la fin de la routine d'interruption.

8. Chaque vecteur d'interruption tant la plupart du temps partag par un ensemble de terminaux de mme type, le processeur ne connat toujours pas le terminal qui a caus la demande. Pour le savoir il doit lire les registres d'tat des terminaux partageant le mme vecteur.

9. Des informations complmentaires relatives la demande d'interruption sont obtenues en examinant les bits du registre d'tat du terminal.

10. S'il s'agit d'une erreur ou d'une anomalie de fonctionnement dans la phase de transfert de donnes, par exemple, elle peut tre traite cet endroit.

11. Si ncessaire, une information particulire est fournie au contrleur ou au terminal pour lui signifier que la routine d'interruption est termine. C'est le cas par exemple avec le circuit d'E/S 8259A.


12. La routine d'interruption tant termine, il y a restauration des registres prcdemment sauvegards.

13. L'excution de l'instruction de fin de routine d'interruption, par exemple RTI, a pour effet de restituer les valeurs du compteur ordinal et du registre d'tat telles qu'elles taient lorsque la demande d'interruption est apparue. Puis le programme interrompu reprend son excution comme si rien ne s'tait pass.

Principe Dun Contrleur Dinterruptions


Cas du contrleur dinterruptions 82830

Exemple de droulement dune suite dinterruptions plusieurs niveaux de priorit :


Affectation des vecteurs dinterruptions du systme IBM PC


Chapitre 5 : La mmoire

Partie 1 : description de la mmoire

Organisation interne et brochage des boitiers mmoires vives

La mmoire est organise en blocs de un ou plusieurs tableaux de bits de L lignes et C colonnes dont laccs est pilot par un contrleur qui sert dinterface entre le microprocesseur et la mmoire. Chaque location de mmoire est identifie l'aide d'une adresse.

MMOIREContenu

AdresseBit

01234567000000

00000

00000

00000

00000

00000

00000

00000

00000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

00000

00000

0FFFFF

0FFFFE

0FFFFD

0FFFFC

1 0

0

0 0

0 00 0

0 0 0

0 0

0 0 0 0

0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0

0 0 0

0 0 0

0 0

0 0

0 0 0 0

0 0

0 0

0

0

0

1 1

11 1

1 1

1

1

1

1

1

1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1 1 1

1 1

1

1

1 1 1

1 1 1

1 1 1

1 1 1

1 1 1

1 1 1

1

1 1 1

11 1 1

11 1 1

00000 B

location


Principes de fonctionnement des mmoires vives

Ecriture d'une donne

- Slection de l'adresse mmoire par application de la combinaison binaire dsire sur le bus d'adresses.

- Mise en place de la donne sur le bus de donnes. - Slection du circuit par activation de la broche CS (Chip Select). - Activation de la commande d'criture (Write ou RIW)

Lecture d'une donne

- Slection de l'adresse mmoire par application de la combinaison binaire dsire sur le bus d'adresses.

- Activation de la commande de slection du botier (CS). - Activation de la commande de lecture (Read ou R/W). - Lecture de l'information sur le bus de donnes.

On peut reprsenter le fonctionnement de la mmoire sous la forme de chronogramme tel que celui ci-aprs. Dans cet exemple le chronogramme est celui de la lecture d'une donne


Classification des botiers mmoire


La mmoire vive, gnralement appele RAM (Random Access Memory, traduisez mmoire accs alatoire), est la mmoire principale du systme, c'est--dire qu'il s'agit d'un espace permettant de stocker de manire temporaire des donnes lors de l'excution d'un programme. En effet le stockage de donnes dans la mmoire vive est temporaire, contrairement au stockage de donnes sur une mmoire de masse telle que le disque dur (mmoire avec laquelle les novices la confondent gnralement), car elle permet uniquement de stocker des donnes tant qu'elle est alimente lectriquement. Ainsi, chaque fois que l'ordinateur est teint, toutes les donnes prsentes en mmoire sont irrmdiablement effaces.

La mmoire morte, appele ROM pour Read Only Memory (traduisez mmoire en lecture seule) est un type de mmoire permettant de conserver les informations qui y sont contenues mme lorsque la mmoire n'est plus alimente lectriquement. A la base ce type de mmoire ne peut tre accde qu'en lecture. Toutefois il est dsormais possible d'enregistrer des informations dans certaines mmoires de type ROM.

Fonctionnement des mmoires vives

La mmoire vive est constitue de centaines de milliers de petits condensateurs emmagasinant des charges. Lorsqu'il est charg, l'tat logique du condensateur est gal 1, dans le cas contraire il est 0, ce qui signifie que chaque condensateur reprsente un bit de la mmoire.

Etant donn que les condensateurs se dchargent, il faut constamment les recharger (le terme exact est rafrachir) un intervalle de temps rgulier appel cycle de rafrachissement (d'une dure d'environ 15 nanosecondes (ns) pour une mmoire DRAM).

Chaque condensateur est coupl un transistor (de type MOS) permettant de "rcuprer" ou de modifier l'tat du condensateur. Ces transistors sont rangs sous forme de tableau (matrice), c'est--dire que l'on accde une "case mmoire" (aussi appele point mmoire) par une ligne et une colonne.


Mmoire Statique

Mmoire Dynamique


Temps daccs dune mmoire vive

Chaque point mmoire est donc caractris par une adresse, correspondant un numro de ligne et un numro de colonne. Or cet accs n'est pas instantan et s'effectue pendant un dlai appel temps de latence. Par consquent l'accs une donne en mmoire dure un temps gal au temps de cycle auquel il faut ajouter le temps de latence.

Ainsi, pour une mmoire de type DRAM, le temps d'accs est de 60 nanosecondes (35ns de dlai de cycle et 25ns de temps de latence). Sur un ordinateur, le temps de cycle correspond l'inverse de la frquence de l'horloge, par exemple pour un ordinateur cadenc 200Mhz, le temps de cycle est de 5ns (1/(200.106)). Par consquent un ordinateur ayant une frquence leve et utilisant des mmoires dont le temps d'accs est beaucoup plus long que le temps de cycle du processeur doit effectuer des cycles d'attente (en anglais wait state) pour accder la mmoire. Dans le cas d'un ordinateur cadenc 200Mhz utilisant des mmoires de types DRAM (dont le temps d'accs est de 60ns), il y a 11 cycles d'attente pour un cycle de transfert. Les performances de l'ordinateur sont d'autant diminues qu'il y a de cycles d'attentes, il est donc conseill d'utiliser des mmoires plus rapides.

Les barettes de mmoire vive

La mmoire centrale dun ordinateur est constitue de barettes mmoire, chacune est compose de plusieurs boitiers DRAM


Exemples de barettes mmoire :

Exemples de barrettes mmoire SDRAM :


Barette mmoire avec traitement des erreurs

Certaines mmoires possdent des mcanismes permettant de pallier les erreurs afin de garantir l'intgrit des donnes qu'elles contiennent. Ce type de mmoire est gnralement utilis sur des systmes travaillant sur des donnes critiques, c'est la raison pour laquelle on trouve ce type de mmoire dans les serveurs. Les barrettes avec bit de parit permettent de s'assurer que les donnes contenues dans la mmoire sont bien celles que l'on dsire. Pour ce faire, un des bits de chaque octet stock en mmoire sert conserver la somme des bits de donnes. Le bit de parit vaut 0 lorsque la somme des bits de donnes est impaire et 1 dans le cas contraire. De cette faon les barrettes avec bit de parit permettent de vrifier l'intgrit des donnes mais ne permettent pas de corriger les erreurs. De plus pour 8 Mo de mmoire, seulement 7 serviront stocker des donnes, dans la mesure o le dernier mgaoctet conservera les bits de parit. Les barrettes de mmoire ECC (Error Correction Coding) sont des mmoires possdant plusieurs bits ddis la correction d'erreur (on les appelle ainsi bits de contrle). Ces barrettes, utilises principalement dans les serveurs, permettent de dtecter les erreurs et de les corriger.

Utilisation de la mmoire morte

Ce type de mmoire permet notamment de conserver les donnes ncessaires au dmarrage de l'ordinateur En effet, ces informations ne peuvent tre stockes sur le disque

Mmoire UV PROM

FLASH EPROM


dur tant donn que les paramtres du disque (essentiels son initialisation) font partces donnes vitales l'amorage.

Diffrentes mmoires de type c'est--dire:

Le BIOS est un programme permettant de piloter les interfaces d'entreprincipales du systme, d'o le nom de mmoire morte de la carte

Le chargeur d'amorce: un programme permettant de charger le systen mmoire (vive) et de le lancer. Celuid'exploitation sur le lecteur de disquette, puis sur le disque dur, ce qui permet de pouvoir lancer le systme d'exploitation partir d'une dysfonctionnement du systme install sur le disque dur

Le Setup CMOS, c'est l'cran disponible l'allumage de l'ordinateur permettant de modifier les paramtres du systme (souvent appel

Le Power-On Self Test (du systme permettant de faire un test du systme (c'est pour cela par exemple que vous voyez le systme "compter" la RAM au dmarrage)

Etant donn que les ROM sont beaucoup plus ROM a un temps d'accs de l'ordre de 150 ns tandis qu'une mmoire de type SDRAM a un temps d'accs d'environ 10 ns), les instructions contenues dans la ROM sont parfois copies en RAM au dmarrage, on parle alors dombrage, mais on parle gnralement de


dur tant donn que les paramtres du disque (essentiels son initialisation) font partces donnes vitales l'amorage.

Diffrentes mmoires de type ROM contiennent des donnes essentielles au dmarrage,

est un programme permettant de piloter les interfaces d'entreprincipales du systme, d'o le nom de BIOS ROM donn parfois la puce de mmoire morte de la carte-mre qui l'hberge. Le chargeur d'amorce: un programme permettant de charger le systen mmoire (vive) et de le lancer. Celui-ci cherche gnralement le systme d'exploitation sur le lecteur de disquette, puis sur le disque dur, ce qui permet de pouvoir lancer le systme d'exploitation partir d'une disquette systmedysfonctionnement du systme install sur le disque dur Le Setup CMOS, c'est l'cran disponible l'allumage de l'ordinateur permettant de modifier les paramtres du systme (souvent appel BIOS tort...)

On Self Test (POST), programme excut automatiquement lamorage du systme permettant de faire un test du systme (c'est pour cela par exemple que vous voyez le systme "compter" la RAM au dmarrage)

Etant donn que les ROM sont beaucoup plus lentes que les mmoires de types RAM (une ROM a un temps d'accs de l'ordre de 150 ns tandis qu'une mmoire de type SDRAM a un temps d'accs d'environ 10 ns), les instructions contenues dans la ROM sont parfois copies en RAM au dmarrage, on parle alors de shadowing (en franais cela pourrait se traduire par

, mais on parle gnralement de mmoire fantme).

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dur tant donn que les paramtres du disque (essentiels son initialisation) font partie de

contiennent des donnes essentielles au dmarrage,

est un programme permettant de piloter les interfaces d'entre-sortie donn parfois la puce de

Le chargeur d'amorce: un programme permettant de charger le systme d'exploitation ci cherche gnralement le systme

d'exploitation sur le lecteur de disquette, puis sur le disque dur, ce qui permet de disquette systme en cas de

Le Setup CMOS, c'est l'cran disponible l'allumage de l'ordinateur permettant de tort...)

), programme excut automatiquement lamorage du systme permettant de faire un test du systme (c'est pour cela par exemple que

lentes que les mmoires de types RAM (une ROM a un temps d'accs de l'ordre de 150 ns tandis qu'une mmoire de type SDRAM a un temps d'accs d'environ 10 ns), les instructions contenues dans la ROM sont parfois copies

(en franais cela pourrait se traduire par


Partie 2 : Gestion de la mmoire centrale

Objectifs : support de la mmoire virtuelle allocation dynamique de la mmoire traduction des adresses logiques en adresses physiques implantation de mcanismes de scurit et de protection

Mmoire Virtuelle

Allocation de la mmoire


Adresse logique et adresse physique :

Un emplacement de lespace adressable du microprocesseur est repr par une adresse logique ( ou adresse virtuelle ), alors quon accde un emplacement de la mmoire physique en le dsignant par une adresse physique ou adresse relle.

Le mcanisme de traduction des adresses logiques en adresses physiques peut faire appel soit :

la technique de pagination ( cas dun espace adressable linaire )

la technique de segmentation ( cas dun espace adressable segment )


Mcanismes de pagination

Mcanismes de segmentation


Mcanismes de segmentation pagine

Indicateurs dtat et de protection du segment

Les indicateurs dtat fournissent les informations suivantes :

la validit ou la prsence du segment en mmoire physique la modification qui signale si lon a crit dans le segment lutilisation qui indique si lon a accd au segment

Les indicateurs de protection dfinissent les droits suivants :

tout accs est interdit seule lexcution du code est autorise seule la lecture est admise lexcution et lcriture sont possibles lexcution, la lecture et lcriture sont admises


Cas des microprocesseurs partir du 80386

La mmoire virtuelle du microprocesseur 80386 est base sur un mcanisme de segmentation pagine. Le 80386 dispose de 16K segments indpendants. Chaque segment peut atteindre 1 Gga mots de 32 bits. La taille des pages du 80386 tatnt de 4 Ko, un segment peut donc contenir jusqu 1 Mga pages.

Utilisation de la notion de mmoire virtuelle


icroprocesseurs partir du 80386

La mmoire virtuelle du microprocesseur 80386 est base sur un mcanisme de

Le 80386 dispose de 16K segments indpendants. Chaque segment peut atteindre 1 Gga

u 80386 tatnt de 4 Ko, un segment peut donc contenir jusqu 1 Mga

Utilisation de la notion de mmoire virtuelle

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La mmoire virtuelle du microprocesseur 80386 est base sur un mcanisme de

Le 80386 dispose de 16K segments indpendants. Chaque segment peut atteindre 1 Gga

u 80386 tatnt de 4 Ko, un segment peut donc contenir jusqu 1 Mga


Paramtrage du fichier dchange


Paramtrage du fichier dchange

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Chapitre 6 Les priphriques et les systmes dentre sortie

Les circuits dentre sortie

Les entres sorties dun ordinateur sont considres comme des priphriques qui permettent la communication avec le monde extrieur . ( cran, clavier, souris, mmoire de masse, imprimante, etc .). Ces priphriques sont commands par le microprocesseur via des circuits appels contrleurs de priphriques. Cette commande est ralise en programmant un ensemble de registre internes au contrleur de priphriques.

On peut classer les registres interne au contrleur de priphriques en trois familles :

les registres de donnes par lesquels transitent les donnes qui circulent entre le

microprocesseurs et le priphrique.

les registres de commande qui permettent au microprocesseur de configurer le mode

de fonctionnement du contrleur

les registres dtat travers lesquels le microprocesseur dispose de ltat actuel du

priphrique ( libre, occupe, en attente dinformation, disposant dune information, etc . )

Classification des priphriques

Classification en fonction de la vitesse de transmission de donnes

On peut classer les priphriques en trois familles :

les priphriques lents : moins dun changement dtat par seconde affichage lumineux


commutateurs

relais les priphriques moyenne vitesse : de 1 10.000 bits de donnes par seconde

clavier souris imprimante

les priphriques rapides : plus de 10.000 bits de donnes par seconde mmoire de masse cran vido audio

Classification en fonction du format des donnes changes

On peut aussi classer les priphriques en fonction du format des donnes changes

entre le priphrique et le contrleur associ ce priphrique.

Il existe deux types type de format de donnes :

- format de donnes sous forme srie : la communication est ralise bit par bit ( communication avec un rseau local, avec une souris, avec un priphrique USB, etc . ) - format de donnes sous forme parallle : la communication est ralise en transmettant

plusieurs bits simultanment ( communication avec un disque dur, un lecteur de CDROM, etc. ).

Exemples dentres sorties


Priphriques daffichage

Laffichage est assur par un moniteur vido qui reoit un signal vido de la carte vido.

Principe dun moniteur vido


Caractristiques des moniteurs vido

Moniteur TTL ou analogique

Frquence verticale, ligne, multi-frquences...

Rsolution et bande passante

La carte Vido et les modes d'affichage

Le contrle du moniteur s'effectue grce une carte contrleur lectronique (care cran, carte vido...).


De nombreux standards daafichage se sont succds.

Les anciens modes MDA, CGA, HGA, EGA, PGA... Les modes VGA et Super VGA

En 1987, IBM dfinit le mode VGA (Video Graphic Array) qui mule entirement les modes CGA et EGA et offre des dfinitions supplmentaires, dont 640 x 480 pixels en mode graphique et 720 x 400 en mode caractre, soit 30 lignes de 80 caractoes (matrice de 9 x 16), en 16 couleurs parmi 262 144.

Les modes S-VGA (Super-VGA), VGA+, Double VGA, VGA tendu... sont autant d'extensions du mode VGA, apparues vers 1989, dont la rsolution dpend des constructeurs. On y trouve ainsi des rsolutions 800 x 600, 1024 x 768 et 1280 x 1024 (soit 1 310 720 points ou pixels) offrant un choix voluant de 16 256 couleurs choisir parmi 262 144 couleurs ou mme 16 millions. S-VGA est le mode le plus employ actuellement.


La mmoire de masse ( disque dur )

1- Plateau : c'est le support de l'information. Il conserve physiquement les donnes. Sur les disques durs de grande capacit, on trouve, en gnral, plusieurs plateaux. 2- Tte de lecture : a pour mission de lire et d'crire les donnes au fur et mesurdisque tourne. 3- Fichier non fragment : les donnes sont inscrites sur des secteurs continus. La lecture de ces fichiers est alors plus rapide. 4- Fichier fragment : l, au contraire, les informations se placent dans des blocs non continus. La tte de lecture passe donc plus de temps "recoller les morceaux" pour les rcuprer, d'o un ralentissement global. 5- Piste : zone concentrique sur laquelle figurent les donnes d'un fichier. Chaque piste est divise en secteurs. 6- Secteur : division logique d'une piste. Chaque secteur est luiderniers reprsentent l'espace minimal attribu un fichier.


La mmoire de masse ( disque dur )

Plateau : c'est le support de l'information. Il conserve physiquement les donnes. Sur les disques durs de grande capacit, on trouve, en gnral, plusieurs plateaux.

Tte de lecture : a pour mission de lire et d'crire les donnes au fur et mesur

Fichier non fragment : les donnes sont inscrites sur des secteurs continus. La lecture de ces fichiers est alors plus rapide.

Fichier fragment : l, au contraire, les informations se placent dans des blocs non La tte de lecture passe donc plus de temps "recoller les morceaux" pour les

rcuprer, d'o un ralentissement global. Piste : zone concentrique sur laquelle figurent les donnes d'un fichier. Chaque piste est

vision logique d'une piste. Chaque secteur est lui-mme divis en blocs. Ces derniers reprsentent l'espace minimal attribu un fichier.

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Plateau : c'est le support de l'information. Il conserve physiquement les donnes. Sur les disques durs de grande capacit, on trouve, en gnral, plusieurs plateaux.

Tte de lecture : a pour mission de lire et d'crire les donnes au fur et mesure que le

Fichier non fragment : les donnes sont inscrites sur des secteurs continus. La lecture

Fichier fragment : l, au contraire, les informations se placent dans des blocs non La tte de lecture passe donc plus de temps "recoller les morceaux" pour les

Piste : zone concentrique sur laquelle figurent les donnes d'un fichier. Chaque piste est

mme divis en blocs. Ces


La structure du systme de fichier

Linterface Logique (Logical File System) vrifie si la requte de lusager est valide (path et permission valides).

La traduction (File Organisation Module) convertit le fichier logique en fichier physique.

Le Basic File System est un ensemble de routines permettant daller chercher des informations sur un disque dur ou autre support de masse.

Un processus usager peut ouvrir, lire, ou crire un fichier identifi laide dun numro (handle).

Interface Logique

Processus usagerHandle = OpenFile(...); ReadFile(Handle,...);

Procdure d'I/O

Descripteur de fichierDescripteur derpertoire

Traduction

Accs rpertoire Protection Opration d'I/O

# Enregistrement LogiqueGestion desblocs libres# de bloc relatif

# de bloc physique

Gestionnaire de priphrique

Logical FileSystem

File OrganisationModule

Basic FileSystem Construction de requte Cache disque


Lors dune requte douverture de fichier, linterface logique vrifie le chemin daccs au fichier dans une structure contenue en mmoire. Elle vrifie galement les droits daccs au fichier dans un descripteur de fichier. Si linformation sur le rpertoire ou le fichier nest pas en mmoire, il faut aller la chercher sur le disque dur. Aprs ouverture du fichier, un numro est attribu au fichier. Ce numro sert de rfrence dans une table de fichiers ouverts afin dviter davoir re-vrifier le chemin daccs et les permissions sur le fichier chaque lecture/criture.

Lors dune opration dcriture ou de lecture dun fichier, il faut traduire lemplacement requis dans le fichier en emplacement sur le disque. Cest le rle du File Organisation Module. Par exemple, le File Organisation Module dterminera que les bytes 10 210 du fichiers C:\ABC.txt correspondront aux blocs de donns 3 et 5 du cylindre 3, tte 2, piste 31 sur le disque dur primaire.

Une fois que les emplacements dsirs sur le disque sont identifis, il faut accder au disque. Des routines du Basic File System sont utilises cette fin. Il sagit des routines du gestionnaire dI/O qui cre une requte pour le gestionnaire de priphrique appropri. On remarquera que le Basic File System ira souvent chercher plus de donnes quil nen faut sur le disque afin dviter daccder souvent ce dernier. Une cache est utilise.

Quel que soit le systme de fichier, les types dinformation suivants se retrouvent sur un disque dur:

Donnes sur le format du disque, sur ces partitions et procdures de dmarrage du systme dexploitation (Bootstrap).

Donnes sur les rpertoires et la structure de rpertoires du disque. Donnes dcrivant lemplacement des fichiers sur le disque. Contenus des fichiers eux-mmes.


Allocation chane et FAT

FAT signifie File Allocation Table. Pour le FAT, une table contient le nom et le chemin de tous les fichiers (Table de

rpertoire). Pour chaque fichier de la table, le premier cluster du fichier est identifi. Une autre table, la FAT, dcrit lutilisation de chaque cluster comme le montre la figure

droite. Dans la FAT, un fichier est identifi sous forme dune chane de cluster: chaque cluster

pointe sur le cluster suivant du fichier. Un caractre spcial (lire nombre spcial: un caractre est un nombre!!!) indique quun

cluster na jamais t utilis (0 dans lexemple). Un autre caractre spcial indique la fin dun fichier (~ dans lexemple).

FATIndex ptrCluster

0 01 22 123 ~4 05 66 77 ~8 99 10

10 311 012 ~13 0

DisqueCluster Donnes

01 fe2 mm3 s45 ho6 mm7 es8 en9 fa

10 nt1112 es13

nom fichier 1er cluster ContenuVenus 1 femmesMars 5 hommesTerre 8 enfants

Rpertoire des fichiers


Dans lexemple, les clusters ont 2 bytes. Le fichier Venus, qui contient femmes, est rparti sur la chane de clusters 1-2-12. Le fichier Mars, sur les clusters 5-6-7. Finalement, le fichier Terre est contenu dans les clusters 8-9-10-3.

FAT 16 et FAT 32

Le FAT16 peut adresser jusqu 2^16 clusters, soit 65536. Cette quantit de clusters est trs petite par rapport un disque dur moderne. Par exemple, un disque dur de 16Go devra avoir des clusters de 16Go/(2^16) = 2^18 = 256Ko. Avec des clusters de cette taille, normment de mmoire disque est gaspille.

Le FAT32 a t cr dans le but dtendre les capacits du FAT 16. Le FAT 32 peut adresser 2^32 clusters, soit 4Go clusters. Les clusters du FAT 32 peuvent tre plus petits que ceux du FAT16 pour une taille de disque dur donne. En contrepartie, la FAT dun systme FAT32 sera plus grosse: il faut 4 bytes pour pointer sur le cluster suivant plutt que 2.

NTFS

Voyant les limitations de ses systmes de fichiers, Microsoft a cr le NTFS. NTFS signifie NT File system (Certains auteurs donnent une signification aux lettres

N et T). Le NTFS utilise 64 bits pour adresser les clusters. Le NTFS a plusieurs caractristiques non supportes par le FAT: limpact des erreurs

disque est minimal, le systme de fichier contient de linformation pour la scurit des fichiers, les noms sont en Unicode, etc.

Le NTFS fonctionne par Volume. Un volume est une fraction dun disque dur de taille dtermine par lusager (Un disque dur peut tre un unique volume). Chaque volume du NTFS est dcrit par des fichiers invisibles lusager contenus lintrieur du volume. Ces fichiers, des mtafichiers, dcrivent la structure et le contenu du volume. Voici quelques exemples de mtafichiers:

Le fichier $BADCLUS dcrit les clusters dfectueux sur le disque Le fichier $BITMAP dcrit les clusters libres du disque. Le fichier $LOGFILE dcrit toutes les transactions effectues sur le disque

(permet de rcuprer dune faute de disque)


Bibliographie

Cours Web :

A brief history of Intel and AMD microprocessors (cours DEUG Universit Angers) Jean-Michel Richer Architecture Avance des ordinateurs (cours Supelec Rennes) Jacques Weiss Architecture des ordinateurs (cours IUT GTR Montbliard) Eric Garcia Architecture des ordinateurs (cours IUT SRC Marne la Valle) Dominique Prsent Architecture des ordinateurs (cours Universit Franche Compt) Didier Teifreto Architecture des ordinateurs (cours IUP STRI Toulouse) Architecture des ordinateurs (cours Universit de Sherbrooke) Frdric Mailhot Architecture des ordinateurs (cours Polytechnique) Olivier Temam Architecture des ordinateurs (cours IUT GTR Villetaneuse) Emmanuel Viennet Architecture des ordinateurs (cours DEUG MIAS) Frdric Vivien Architecture des Ordinateurs (cours Licence Informatique USTL) David Simplot Architecture des machines et systmes Informatiques Jolle Delacroix Architectures des processeurs (cours DEUST Nancy) Yannick Chevalier Architecture des systmes microprocesseurs Maryam Siadat et Camille Diou Architecture des systmes microprocesseurs (cours IUT Mesures Physiques) Sbastien Pillement Architecture Systmes et Rseaux (cours DEUG 2ime anne) Fabrice Bouquet Carte graphique (ENIC) Julien Lenoir Cours de rseau (cours EISTI) Bruno Pant Cours de rseaux (cours Matrise Informatique Universit Angers) Pascal Nicolas Du processeur au systme dexploitation (cours DEUST Nancy) Yannick Chevalier Introduction to computer architecture (cours DEUG Universit Angers) Jean-Michel Richer Les rseaux : introduction (DESS DCISS) Emmanuel .Cecchet Les systmes informatiques (cours CNAM) Christian Carrez

Sites web :

Fonctionnement des composants du PC http://www.vulgarisation-informatique.com/composants.php Cours dinitiatio

Documents

cours architecture Ordi 2010_2011.pdf