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  • 1. Introduction à l'informatique Architecture Licence 1 - Octobre 2007
  • 2. But de ce cours Pas faire de vous des experts en informatique Plutôt vous donner une culture générale et des outils pour votre futur métier ! L1 – Introduction à l'informatique 2007 2/57
  • 3. Introduction L'informatique est présente partout : - études (support d'apprentissage) - maison (communication, bureautique) - faits de société (brevets, Microsoft,…) Le public se fait souvent une fausse idée : ordinateur = engin intelligent… C'est FAUX ! L1 – Introduction à l'informatique 2007 3/57
  • 4. Objectifs  Vous expliquer les notions fondamentales  Vous en faire percevoir les différentes facettes de façon (relativement ...) simple  Vous montrer qu'il n'y a pas de magie  Démonter tous les mécanismes intervenants  Si vous ne comprenez pas quelque chose... INTERVENEZ ! L1 – Introduction à l'informatique 2007 4/57
  • 5. Généralités L1 – Introduction à l'informatique 2007 5/57
  • 6. Codage de l'information Cailloux (calcul), bâtons, doigts Systèmes de numérations  égyptiens, sumériens, romains Exemple : MCXV  numérotation décimale (base 10) 2003 = 2*1000 + 0*100 + 0*10 + 3  numérotation en base b Codex de Dresde n =(ckck-1 … c1c0)b= ck*bk + ck-1*bk-1 + ... + c1*b1 + c0*b0 0 (11111010011)2 = 210+29+28+27+26+0+24+0+0+21+2(= (2003)10) L1 – Introduction à l'informatique 2007 6/57
  • 7. Codage de l'information  numérotation en base 2 : binaire exemples : (base 10) 0 1 2 19 2003 (base 2) 0 1 10 10011 11111010011 11 11  arithmétique en base 11011011 11011011 2addition : * 101 + 1011 11100110 11011011 11011011 multiplication : 10001000111 L1 – Introduction à l'informatique 2007 7/57
  • 8. Codage de l'information • bit : binary digit = chiffre binaire ( 1 dispositif physique pour matérialiser 1 bit ) • pour représenter un entier en binaire, il faut plusieurs bits Ex : 7dec = 111 (3 bits) , 8dec = 1000 (4 bits), dec = 1111 (4bits) 15 • Avec n bits, on représente au plus 2n entiers différents 4 bits 24 = 16 8 bits (1 octet) 28 = 256 32 bits (4 octets) 232 = 4 294 967 296 • dépassement de capacité (overflow) 1 1 1 11 1 1 1 +1 1 0 0 0 00 0 0 0 L1 – Introduction à l'informatique 2007 8/57
  • 9. Codage de l'information • bit de signe (simple) Problème 1 0 1 01 1 0 0 - 44 44 = 00101100 - 44 = 10101100 Signe32 + 8+4 = - 44 11011000 ≠0 • Complément à 2: plus complexe L1 – Introduction à l'informatique 2007 9/57
  • 10. Codage de l'information … • Caractères : numérotation des caractères ... code ASCII (sur 1 octet) 65 A 1000001 66 B 1000010 67 C • chaînes de caractères (exemple) : 68 D s al u t f ou l e … … espace (32) 97 a 1100001 1 octet fin de chaîne (0) 98 b 1100010 chaîne avec 11 caractères (+ 1 pour indiquer la fin) • Années 90 : autres codages sur 16 ou 32 bits L1 – Introduction à l'informatique 2007 10/57
  • 11. Codage de l'information • - plusieurs formats standards Images - pixel = picture element - exemple : bitmap en noir et blanc 9 17 153bits en-tête données de l ’image (2*2 octets) pixel : 0 = noir, 1 = blanc - couleur : 3 octets par pixels (R,V,B) L1 – Introduction à l'informatique 2007 11/57
  • 12. Codage de l'information - image couleur : codage d'un pixel sur n bits •Images  avec 24 bits par pixel : palette de 16,7 m. de couleurs - image "3D" : tableaux de mots de n bits • Vidéos - plusieurs formats standards - la plus simple est une suite d’images souvent 25 images/seconde • Son - analogique digital (discrétisation) • Hypermédia - adresses et méthodes de navigation ... L1 – Introduction à l'informatique 2007 12/57
  • 13. Codage de l'information pendant sa transmission, une suite de bits peut être altérée nécessité d'utiliser des codes pour détecter, voire corriger les erreurs bit de parité : ajouter un bit de contrôle tous les x bits exemple : parité paire sur 7 bits 1 0 1 0 1 1 0 0 ok 1 0 1 01 0 0 0 pb tableau de bits de parité 1 0 1 01 1 0 0 1 1 0 00 1 0 1 0 0 1 00 0 1 0 1 1 1 01 1 0 1 1 0 1 00 1 1 0 L1 – Introduction à l'informatique 2007 13/57
  • 14. Codage de l'information Objectif de la compression : diminuer le nombre de bits utilisés pour le stockage et la transmission de l'information Facteurs de compression  taux de compression  qualité de la compression  temps de compression L1 – Introduction à l'informatique 2007 14/57
  • 15. Codage de l'information  compression sans perte : codage de redondances : aaaaaaaaaaaaaaabbaaabbbbbbbbbbbbb donne 15a2b3a13b  compression destructive jpeg : images fixes mpeg : séquences d'images mp3 : fichiers son L1 – Introduction à l'informatique 2007 15/57
  • 16. Calculer : combinatoire et : opération notée . ou : opération notée + non : opération notée . 0 1 + 0 1 0=1 0 0 0 0 0 1 1=0 1 0 1 1 1 1 On sait réaliser ces opérations électroniquement L1 – Introduction à l'informatique 2007 16/57
  • 17. Calculer a1 a0 b 1 b0 o c1 c0 C'est un circuit combinatoire L1 – Introduction à l'informatique 2007 17/57
  • 18. Architecture L1 – Introduction à l'informatique 2007 18/57
  • 19. Définition Machine électronique de traitement de l'information capable d'exécuter un ensemble d'instructions (programme) préalablement enregistré dans sa mémoire. Anglais : computer L1 – Introduction à l'informatique 2007 19/57
  • 20. Pour quoi faire ?  Taper un rapport  Éditer ses photos de vacances  Calculer sa moyenne, sa feuille d'impôt  Jouer  Naviguer sur Internet  … Utiliser des LOGICIELS qui servent à créer, à transformer et à éditer des données ... L1 – Introduction à l'informatique 2007 20/57
  • 21. Principe de base U i éc nr l nt e t ae Mmi e é or Og n rae U i éd t at mn nt e r i e e t Og n rae de t é ’ nr e d s ri e ot e I t r a ed nr e / ot e ne f c 'e t é ss r i s Dn é s o ne R s lta é u ts Po r m e r ga ms L1 – Introduction à l'informatique 2007 21/57
  • 22. Différents ordinateurs  PC (Personal Computer)  Macintosh  Mainframe (Gros systèmes)  etc. L1 – Introduction à l'informatique 2007 22/57
  • 23. Architecture modulaire  Carte mère  Processeur  Mémoire vive  Disque dur  Ecran  Périphériques  Lecteurs L1 – Introduction à l'informatique 2007 23/57
  • 24. Sous le capot… Jetons un coup d'œil a l'intérieur ... L1 – Introduction à l'informatique 2007 24/57
  • 25. Vue d'ensemble L1 – Introduction à l'informatique 2007 25/57
  • 26. Le matériel… …plus en détails L1 – Introduction à l'informatique 2007 26/57
  • 27. Carte mère  L’interface : le BIOS  Support CPU et “Chipset”  Les “slots” :AGP, PCI (-express), ISA  La pile (batterie)  Le BUS L1 – Introduction à l'informatique 2007 27/57
  • 28. La carte mère L1 – Introduction à l'informatique 2007 28/57
  • 29. Processeur(s)  Caractéristiques  Architecture : RISC (Sparc), CISC (Intel), ...  Un ou plusieurs processeurs, multi-coeurs (core)  Fréquence et vitesse d’horloge  La mémoire interne : le cache  Performances  Consommation  Exemples : Intel P4, Motorola PowerPC, SUN UltraSPARC III L1 – Introduction à l'informatique 2007 29/57
  • 30. Architecture classique d’un processeur Cycle classique 1- lire une instruction (à l’adresse indiquée) 2- décoder l’instruction calculer (éventuellement) les adresses des opérandes et les lire 3- exécuter l’instruction 4- écrire (éventuellement) le résultat en mémoire L1 – Introduction à l'informatique 2007 30/57
  • 31. Architecture classique d’un processeur Schéma classique simplifié adresses adresses registres registres UAL mémoire données données données registre registre décodeur instruction instruction contrôle L1 – Introduction à l'informatique 2007 31/57
  • 32. Architecture classique d’un processeur Idée : tirer parti de l'indépendance de certaines unités fonctionnelles lect. instr décodage lect. op. calcul écriture lect. instr décodage lect. op. calcul écriture lect. instr décodage lect. op. calcul écriture lect. instr décodage lect. op. calcul écriture lect. instr décodage lect. op. calcul Si tout se passe bien : on traite 5 fois plus d'instructions en moyenne Pipeline profond (20 niveaux) L1 – Introduction à l'informatique 2007 32/57
  • 33. Le processeur L1 – Introduction à l'informatique 2007 33/57
  • 34. Le BUS Gère les communications entre les différentes unités fonctionnelles : processeur, mémoire, contrôleur de disques, carte graphique, etc. Sa vitesse est prépondérante ! L1 – Introduction à l'informatique 2007 34/57
  • 35. Structure d'un ordinateur bus des données E/S ROM écran RAM clavier processeur disques bus des adresses bus de contrôle L1 – Introduction à l'informatique 2007 35/57
  • 36. Communiquer bus interne au processeur communication entre les unités fonctionnelles fils + circuits pour la synchronisation vitesse de communication : fréquence du processeur bus pour le cache communication entre un cache externe et le processeur vitesse de communication : proche de celle du processeur L1 – Introduction à l'informatique 2007 36/57
  • 37. La mémoire L1 – Introduction à l'informatique 2007 37/57
  • 38. Mémoriser + _  Critères d'évaluation des mémoires • Temps d'accès • Capacité • Coût par bit Registres Vitesse Capacité  Plusieurs niveaux Mémoire cache  Différentes technologies Coût Mémoire centrale Proximité du processeur Mémoire de masse _ + L1 – Introduction à l'informatique 2007 38/57
  • 39. Mémoriser Registres • Conservation des informations proche de l’UAL • Stockage des opérandes et des résultats intermédiaires Mémoire cache • Tampon entre l'unité centrale et la mémoire centrale • Accélération des accès Mémoire centrale Organe principal de rangement des informations utilisées par l'unité centrale (instructions et données) Mémoire vive (RAM – Random Access Memory) Mémoire morte (ROM – Read Only Memory) Mémoire de masse Disques durs Disquettes, CD-ROM Bandes magnétiques CD-ROM spéciaux L1 – Introduction à l'informatique 2007 39/57
  • 40. Mémoriser  Mémoire = ensemble de composants électroniques capables de mémoriser chacun un bit La mémoire doit conserver la trace du passage du courant Il existe plusieurs technologies permettant de conserver la trace du courant, correspondant à plusieurs types de mémoire. - mémoires mortes } ROM : infos conservées même hors alimentation électrique - mémoires statiques - mémoires dynamiques } RAM : infos perdues hors alimentation électrique - mémoires de masse : magnétiques ou optiques L1 – Introduction à l'informatique 2007 40/57
  • 41. Mémoriser mémoires statiques Circuits séquentiels - l’état d’un circuit séquentiel dépend de ses entrées, ainsi que de l’état précédent - circuit séquentiel de base : bascule Bascule à deux états stables (0 ou 1) Permet de mémoriser un bit Bascule asynchrone - prend en compte la valeur de ses entrées à tout moment Bascule synchrone - asservie à une horloge - les modifications des signaux d'entrée entre deux tops d'horloge sont sans incidence sur la valeur de sortie L1 – Introduction à l'informatique 2007 41/57
  • 42. Mémoriser mémoires dynamiques  les mémoires statiques (SRAM – Static RAM) sont rapides... ... mais chères ...  les mémoires dynamiques (DRAM – Dynamic RAM) - un seul transistor couplé à un condensateur pour stocker un bit (≠ 6 transistors par bit en SRAM) le condensateur se décharge progressivement entrainant la perte de l'information le circuit doit être rafraîchi périodiquement (plusieurs milliers de fois par seconde) pour chaque bit : lire sa valeur et la réécrire immédiatement L1 – Introduction à l'informatique 2007 42/57
  • 43. Mémoriser mémoires statiques / dynamiques SRAM - plus rapide Utilisée pour les - plus coûteuse caches - taille plus importante DRAM - circuit de rafraîchissement → plus lente Utilisée pour la - fabrication plus simple → moins coûteuse mémoire centrale - densité d'intégration plus grande (facteur 4) L1 – Introduction à l'informatique 2007 43/57
  • 44. La mémoire vive L1 – Introduction à l'informatique 2007 44/57
  • 45. Mémoriser mémoires de masse Besoin de mémoire de masse - dotée (très) grande capacité - pour le stockage permanent de l'information en l'absence de courant (quelques années) Deux types de mémoire de masse - mémoires magnétiques { disques durs, disquettes bandes magnétiques - mémoires optiques CD-rom, DVD-rom L1 – Introduction à l'informatique 2007 45/57
  • 46. Le disque dur L1 – Introduction à l'informatique 2007 46/57
  • 47. De plus près… s p o ts mg é u s is u s d r upr a n tiq e /d q e u s f me u é tr c d d i t a e e og cee hvu L1 – Introduction à l'informatique 2007 47/57
  • 48. Mémoriser supports optiques : disques optiques Principe : rayon laser envoyé sur une surface réfléchissante. On observe (ou non) un rayon réfléchi. cuvette dans la pellicule réfléchissante trou dans la pellicule réfléchissante indice de réfraction du substrat transparent – modifiable 1 fois (Recordable) – effaçable (Rewritable) L1 – Introduction à l'informatique 2007 48/57
  • 49. Mémoriser hiérarchie mémoire : caractéristiques Taille Temps Débit (Mo/sec) Technologie d’accès (ns) Mémoire Registres < 1 Ko 0,25 – 0,5 20 000 – 100 000 spécialisée Cache < 16Mo 0,5 - 25 5 000 - 10 000 SRAM Mémoire < 16 Go 80 - 250 1000 - 5000 DRAM principale Mémoire Support > 100 Go 5 000 000 20 - 150 de masse magnétique L1 – Introduction à l'informatique 2007 49/57
  • 50. Les cartes additionnelles  Sur les slots de la carte mère  Quelques cartes fréquentes :  Réseau  Vidéo  Son  SCSI / RAID  TV L1 – Introduction à l'informatique 2007 50/57
  • 51. La carte vidéo L1 – Introduction à l'informatique 2007 51/57
  • 52. Périphériques entrées/sorties Par définition, un périphérique n'est pas indispensable au démarrage : Clavier / Souris Ecran Scanner, imprimante Webcam Modem L1 – Introduction à l'informatique 2007 52/57
  • 53. Ports additionnels Permettent de brancher les périphériques  Parallèle  Série  USB  PS/2  Firewire  ... L1 – Introduction à l'informatique 2007 53/57
  • 54. Lecteurs  CDROM / DVDROM (et graveurs ...)  Disquette  Bandes magnétiques (sauvegardes)  Lecteurs de cartes mémoires L1 – Introduction à l'informatique 2007 54/57
  • 55. Le lecteur/graveur DVD L1 – Introduction à l'informatique 2007 55/57
  • 56. Ecran  Taille de la diagonale  Résolution (nombre de points)  Fréquence de rafraîchissement  CRT (tube) vs TFT (plat)  TFT : Luminosité, angle de vue, ... L1 – Introduction à l'informatique 2007 56/57
  • 57. A suivre : le système... L1 – Introduction à l'informatique 2007 57/57

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