Introduction l'informatique

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Introduction à l'informatique
Architecture Licence 1 - Octobre 2007
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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 !

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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 !

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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 !

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Généralités
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Codage de l'information
Cailloux (calcul), bâtons, doigts
Systèmes de numérations

• égyptiens, sumériens, romains

Exemple MCXV

• numérotation décimale

(base 10)?
2003 21000 0100 010 3

• numérotation en base b

Codex de Dresde
n (ckck-1 c1c0)b ckbk ck-1bk-1 ...
c1b1 c0b0
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Codage de l'information

• numérotation en base 2 binaire

exemples

• arithmétique en base 2

1
1
1
1
addition
11011011
11100110
11011011
multiplication
10001000111
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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),
15dec 1111 (4bits)?

• 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 ?
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Codage de l'information

• bit de signe (simple)?

Problème
-
? 0
11011000

• Complément à 2 plus complexe

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Codage de l'information

• Caractères

numérotation des caractères
code ASCII (sur 1 octet)?
1000001
1000010

• chaînes de caractères (exemple)

1100001
1100010

• Années 90 autres codages sur 16 ou 32 bits

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Codage de l'information
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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 dimages
souvent 25 images/seconde

• Son

- analogique ? digital (discrétisation)?

• Hypermédia

- adresses et méthodes de navigation ...
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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
ajouter un bit de contrôle tous les x bits
bit de parité
ok
exemple parité paire sur 7 bits
pb
tableau de bits de parité
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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
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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
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Calculer combinatoire
ou opération notée
et opération notée .
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Calculer
a1
a0
b1
b0
c1
c0
o
C'est un circuit combinatoire
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Architecture
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Définition
Machine électronique de traitement de
l'information capable d'exécuter un ensemble
d'instructions (programme) préalablement
enregistré dans sa mémoire. Anglais computer
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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 ...
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Principe de base
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Différents ordinateurs

• PC (Personal Computer)?
• Macintosh
• Mainframe (Gros systèmes)?
• etc.

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Architecture modulaire

• Carte mère
• Processeur
• Mémoire vive
• Disque dur
• Ecran
• Périphériques
• Lecteurs

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Sous le capot

• Jetons un coup d'il a l'intérieur ...

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Vue d'ensemble
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Le matériel plus en détails
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Carte mère

• Linterface le BIOS
• Support CPU et Chipset
• Les slots AGP, PCI (-express), ISA
• La pile (batterie)?
• Le BUS

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La carte mère
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Processeur(s)?

• Caractéristiques
• Architecture RISC (Sparc), CISC (Intel), ...
• Un ou plusieurs processeurs, multi-coeurs (core)?
• Fréquence et vitesse dhorloge
• La mémoire interne le cache
• Performances
• Consommation
• Exemples Intel P4, Motorola PowerPC, SUN
  UltraSPARC III

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Architecture classique dun processeur
Cycle classique
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Architecture classique dun processeur
Schéma classique simplifié
UAL
mémoire
données
contrôle
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Architecture classique dun processeur
Idée tirer parti de l'indépendance de certaines
unités fonctionnelles
Si tout se passe bien on traite 5 fois plus
d'instructions en moyenne
Pipeline profond (20 niveaux)?
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Le processeur
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Le BUS

• Gère les communications entre les
• différentes unités fonctionnelles
• processeur,
• mémoire,
• contrôleur de disques,
• carte graphique,
• etc.
• Sa vitesse est prépondérante !

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Structure d'un ordinateur
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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
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La mémoire
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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
_

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Mémoriser
Registres

• Conservation des informations proche de lUAL
• 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
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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 - mémoires statiques -
mémoires dynamiques - mémoires de masse
magnétiques ou optiques
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Mémoriser
mémoires statiques
Circuits séquentiels
- létat dun circuit séquentiel dépend de ses
entrées, ainsi que de létat 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

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Mémoriser
mémoires dynamiques
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Mémoriser
mémoires statiques / dynamiques
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La mémoire vive
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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
- mémoires optiques
CD-rom, DVD-rom
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Le disque dur
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De plus près
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Mémoriser
supports optiques disques optiques
49
Mémoriser
hiérarchie mémoire caractéristiques
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Les cartes additionnelles

• Sur les slots de la carte mère
• Quelques cartes fréquentes
• Réseau
• Vidéo
• Son
• SCSI / RAID
• TV

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La carte vidéo
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Périphériques entrées/sorties

• Par définition, un périphérique n'est pas
  indispensable au démarrage
• Clavier / Souris
• Ecran
• Scanner, imprimante
• Webcam
• Modem

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Ports additionnels

• Permettent de brancher les périphériques
• Parallèle
• Série
• USB
• PS/2
• Firewire
• ...

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Lecteurs

• CDROM / DVDROM (et graveurs ...)?
• Disquette
• Bandes magnétiques (sauvegardes)?
• Lecteurs de cartes mémoires

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Le lecteur/graveur DVD
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Ecran

• Taille de la diagonale
• Résolution (nombre de points)?
• Fréquence de rafraîchissement
• CRT (tube) vs TFT (plat)?
• TFT Luminosité, angle de vue, ...

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A suivre le système...