Architecture Des Ordinateurs - IGM
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsArchitecture des ordinateursCours 117 septembre 2012Archi1/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsAvant de commencercontact : carine.pivoteau@univ-mlv.frpage web du cours :http://http://www-igm.univ-mlv.fr/ pivoteau/ARCHI/B planning, dates d’ExamB transparents de cours, sujets de TDB bibliographie et lien utiles7 séances de cours (toutes les 2 semaines)B lundi, 10h30 - 12h3014 séances de TD (dont 5 de TP)B mercredi après-midicontrôle des connaissances :B contrôle continu (interros, TPs)B 1 exam (à la moitié du cours)B 1 exam (mi-janvier)Archi2/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsBut du coursCulture comprendre les grands principes defonctionnement d’un ordinateurTechnique manipuler des concepts basiques récurrentsen informatiqueInformatique acquérir une connaissance “bas niveau” dela programmationArchi3/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsIntroductionE. Dijkstra (mathématicien et informaticien néerlandais) :“ La science informatique n’est pas plus la science desordinateurs que l’astronomie n’est celle des télescopes ”Informatique : contraction d’information et automatiqueB traitement automatique de l’information par des machinesArchitecture des ordinateurs : domaine de l’informatiquecentré sur les machines.B point de vue à la fois matériel et logicielEt pour commencer, un peu d’histoire.Archi4/48
ChronologieArchitecture en couchesPréhistoire : les abaquesCouche circuitsAvant 1600Abaque : instrument mécanique facilitant le calcul.Exemple : boulier, bâtons de Neper, règle à calculer, .Archi5/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsMultiplier avec des bâtons de NeperArchi6/48
ChronologieArchitecture en couchesPréhistoireCouche circuits1623Wilhelm Schickard construit une machine à calculer mécaniqueen appliquant les idées de Neper (règle à calculer, 1614).Archi7/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsPréhistoire1642Pascal présente une machine qui additionne et soustrait lesnombres de 6 chiffres en base 10 : la Pascaline.Multiplication : additions en chaı̂ne.Archi8/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsPréhistoire1672Leibnitz améliore la Pascaline : un chariot mobile permet defaire les multiplications et les divisions automatiquement.Archi9/48
ChronologieArchitecture en couchesXIXe siècleCouche circuits1822Charles Babbage conçoit la machine à différences pour calculerdes tables numériques (pour la navigation).Morceau de la premièremachine à différencesMachine à Différences n 21854, Babbage et Scheutz.Archi10/48
ChronologieArchitecture en couchesXIXe siècleCouche circuits1805Joseph Jacquard (d’après des idées de Falcon en 1728) : cartesperforées pour métiers à tisser.Archi11/48
ChronologieArchitecture en couchesXIXe siècleCouche circuits1805Joseph Jacquard (d’après des idées de Falcon en 1728) : cartesperforées pour métiers à tisser. C’est le premier programme !Archi11/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsXIXe siècle1833Babbage conçoit ensuite une machine programmable capable deréaliser différentes opérations codées sur des cartes perforées : laMachine Analytique.un dispositif d’entrée et de sortie ;un organe de commande gérant letransfert des nombres et leur miseen ordre pour le traitement ;un magasin permettant de stockerles résultats intermédiaires oufinaux (mémoire) ;un moulin chargé d’exécuter lesopérations sur les nombres ;un dispositif d’impression.Programmes d’Ada Augusta. Irréalisable à l’époque.Archi12/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsXIXe1854 - Georges Boole - Une étude des lois de la penséeFondements mathématiques de la logique.L’électronique actuelle repose sur l’algèbre de Boole.1890 : Calculateur statistique d’Hermann Hollerith pour lesrecensements. Il fonde la Tabulating Machine Company en 1896qui devient IBM en 1908.Archi13/48
ChronologieArchitecture en couchesXXeCouche circuitsannées 301936 - Alan Turing - Machines de TuringCe que l’on peut calculer et ce que l’on ne peut pas.1938 - Claude Shannon - Théorie de l’informationTout peut être représenté par des 0 et des 1 : c’est lanumérisation.Archi14/48
ChronologieArchitecture en couchesPremière génération d’ordinateursCouche circuits(1936-1956)Des calculateurs programmables aux premiers ordinateurs.Composants : relais, tubes à vides, résistances.Logiciels : langage machine seulement.Archi15/48
ChronologieArchitecture en couches1ère générationCouche circuitsfin des années 30Indépendement : Konrad Zuse, John Atanasoff, Georges Stibitztravaillent à la conception de machines binaires.Machine à calculer électromécaniques de Zuse (photo : Z3)Archi16/48
ChronologieArchitecture en couches1ère générationCouche circuitsfin des années 30ABC (Atanasoff-Berry Computer) : officiellement, le premierordinateur numérique électroniqueArchi17/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuits1ère génération1944Howard Aiken, machine électromécanique (Harvard Mark 1) :Multiplication de nombres de 23 chiffres en 6 secondes ;Addition en 3 dixièmes de seconde.Archi18/48
ChronologieArchitecture en couches1ère générationCouche circuitsdurant la guerreLe Colossus Mark II est utilisé pour la cryptanalyse. Il estconstitué de 2 400 tubes à vide et réalise 5 000 opérations parseconde.Archi19/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuits1ère génération1945John Eckert et John Mauchly construisent l’ENIAC (ElectronicNumerical Integrator And Calculator) : 18 000 tubes, 30 tonnes.Multiplication de nombres de 10 chiffres en 3ms.5Von Neumann (avec Eckert et Mauchly) propose l’EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Systèmebinaire contrairement à l’ENIAC. Mis en service en 1951.Archi420/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsArchitecture de von NeumannMachine universelle programméeInstructions numériques stockées en mémoireInstructions modifiables exécutées en séquence avec desruptures de séquence (sauts).unité arithmétique et logique (UAL)qui effectue les opérations de base,unité de contrôle qui est chargée duséquençage des opérations,mémoire qui contient à la fois les donnéeset le programme,dispositifs d’entrée-sortie qui permettentde communiquer avec le monde extérieur.Actuellement, la plupart des ordinateurs sont des machines deVon Neumann, seules les technologies ont changé.Archi21/48
ChronologieArchitecture en couches1ère générationCouche circuitsdébut des années 50Maurice Wilkes construit l’EDSAC (Electronic Delay StorageAutomatic Calculator). 5 000 opérations mathématiques dont4 000 multiplications en 1 minute (en 1949).54Eckert et Mauchly construisent l’UNIVAC (UNIVersal AutomaticComputer). 5 200 tubes à vide, 13 tonnes, 1905 opérations parseconde. Données stockées sur une bande magnétique (1951).Archi22/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuits1ère génération1953IBM lance le 701 (19 exemplaires). Mémoire à tubes cathodiques.16 000 additions ou 2 200 multiplications par seconde.Peu de temps après, le 650 est lancé à 2 000 exemplaires.1951 - M. V. Wilkes - la microprogrammationL’unité centrale d’un ordinateur peut être contrôlée par unprogramme informatique spécialisé stocké en mémoire.Archi23/48
ChronologieArchitecture en couches1ère générationsynthèseZ3composants2 600 relaismémoire64 22 bitsABCHM I280 tubes765 000 comp.60 50 bits72 23 (déc.)CM IIENIAC2 400 tubes17 468 tubes20 chiffres signésEDVAC6 000 tubes1000 44 bitsEDSACUNIVAC3 000 tubes5 200 tubes1000 11 déc.IBM 650Couche circuits60 10 déc.ferriteArchiopérations4 add/s.15 mul/min.30 add/s.add : 3 ds.mul : 6 s.5 000 add/s.350 mul/s.add : 0.8 ms.mul : 2.9 ms.4000 mul/min.add : 0.5 ms.mul : 0.21 ms.add : 1.63 msmul : 12.96 ms24/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsDeuxième génération d’ordinateurs (1956-1963)1948, John Bardeen, Walter Brattain et William Shockleydécouvrent le transistor.Composants :Logiciels :transistors, mémoire à tores de ferrite,imprimantes, bandes magnétiques.apparition des systèmes d’exploitation,langages évolués FORmula TRANslator (1957)COmmon Business Oriented Language (1959)Apparition de l’industrie, IBM, DEC, HP, etc.Archi25/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsTroisième génération d’ordinateurs (1963-1971)En 1958, Jack Kilby (Texas Inst.) crée le premier circuit intégré.Composants : circuits intégrés,Machine :faible consommation énergétique,fiable, encombrement réduit.Évolution :multiprocesseur, temps partagé, accès interactif,apparition des réseaux,premiers problèmes de compatibilité entre machines.Archi26/48
ChronologieArchitecture en couchesQuatrième génération d’ordinateursCouche circuits(1971-)Miniaturisation des circuits : l’ère de la micro-informatiqueComposants :Logiciel :Évolution :Very Large Scale Integrationpremier microprocesseur INTEL 4004 (1971)traitement distribué, machine virtuelleréseau, base de donnéesconvivialitéparallélisme d’exécutionordinateurs personnelsaugmentation en puissanceArchi27/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsRésuméavant 1600 les abaques.XVIIe siècle machines à calculer mécaniquesXIXe siècle machines à calculer programmables1936-1956 1ère génération : des calculateurs programmablesaux ordinateurs1956-1963 2ème génération : apparition des transistors1963-1971 3ème génération : apparition des circuit intégrésdepuis 1971 4ème génération : la micro-informatiqueArchi28/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsConclusionInnovations technologiques supportées par des bases théoriques.Loi de Moore (1965) : le nombre de transistors sur une pucedouble tous les 2 ans.Archi29/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsArchitecture en couchesArchi30/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsL’ordinateur : point de vue externe1Écran2Carte mère3CPU (Microprocesseur)4Mémoire vive (RAM)5Cartes de périphériques6Alimentation7Lecteur de disques (ex. DVD)8Disque dur9Souris10ArchiClavier31/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsL’ordinateur : point de vue interneMachine électronique binaireFonctionnement des composants de base : circuitsélectroniquesOrganisation et communication entre les composantsLangage de la machineSystème d’exploitation :programme principal de l’ordinateurexécution simultanée d’autres programmesgestion des périphériques : entrées-sorties, stockage, .Archi32/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsMachines multi-niveaux5. Langages haut niveauCompilation4. Langage d’assemblageAssembleur3. Système d’exploitationAppels système2. Jeu d’instructions propre à chaque machineMicroprogrammes : micro-instructions binaires1. Micro-architecture (UAL, opérations, registres, .)Assemblage physique des portes logiques0. Circuits logiquesArchi33/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsLa couche circuits logiquesArchi34/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsCircuit logiqueB Un circuit logique est un circuit dans lequel seules 2 valeurslogiques sont possibles : 0 ou 1.B En pratique : circuit électrique (transistors) dans lequel unefaible tension représente le signal 0 alors qu’une tension élevéecorrespond au signal 1.B Composants de base : les portes logiques qui permettent decombiner ces signaux binaires.Une porte logique est un composant qui reçoit en entrée une ouplusieurs valeurs binaires (souvent 2) et renvoie en sortie uneunique valeur binaire.porte NON1Si la valeur d’entrée est 1 alors la sortie vaut 0.Si la valeur d’entrée est 0 alors la sortie vaut 1.Archi35/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsFonctions logiques et tables de véritéFonction logique : fonction d’uneou plusieurs variables booléennes(qui peut prendre la valeur 0 ou 1)dans {0, 1}.Exemples : 011f0 (a) 2f1 (a, b) a 3f2 (a, b, c) si a 1si a 0c1 csi a 0si a 1Tables de véritéfonction f0a S0 11 0fonctiona b0 00 11 01 1f1S0011fonctiona b0 00 00 10 11 01 01 11 1f2c01010101S01011010Voir l’algèbre booléenne (cours de Structures Discrètes)Archi36/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsPortes ET et OUporte ET&porte OU 1a0011b0101S0001S f (a, b) a · ba0011b0101S0111f (a, b) a bArchi37/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsPortes NON-ET et NON-OUporte NON-ET& 1porte NON-OU 1a0011b0101S1110f (a, b) a · ba0011b0101S1000f (a, b) a bArchi38/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsRésuméLes 16 fonctions booléennes de 2 variables ({0, 1}2 {0, 1})00011011f (a, b)00011011f (a, b)000000000000111100110011010101010abab̄aābba ba b11111111000011110011001101010101a ba bb̄a b̄āā bab1Avec 3 variables, combien de fonctions ?Archi39/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsDu circuit à la table de véritéa b ca b c 1a c 1&a00001111b00110011c01010101a c01011111b(a c)a b1(a b) . bca bS&Sb(a c)00010011Archi&a00001111b00110011c01010101bca b00111111a b11000000bc00010001S1111111140/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsRègles de calculConstantesa 0 aa·0 0a 1 1a·1 aIdempotencea a aa·a aComplémentationa a 1a·a 0Commutativitéa b b aa·b b·aDistributivitéa (bc) (a b)(a c)a(b c) (ab) (ac)Associativitéa (b c) (a b) c a b ca(bc) (ab)c abcLois de De Morganab a ba b abAutres relationsa a(a b)(a b) aArchi41/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsComplétude de la porte NON-ETLa porte NON-ET est complète : on peut réaliser n’importequelle fonction booléenne avec seulement des portes NON-ET.ā a · aa·b a·ba b a b ab · ab a·b aa · bba baa b& 1&1S& 1&& 1S&S&&Complétude de NON-OU : en TDArchi42/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsPorte XORporte XOR 1 1 &a0011b0101S0110f (a, b) a b (a b)(ab) (a b)(ā b̄) aā ab̄ bā bb̄ ab̄ bā ab̄ bā ab̄ · bāRéalisation à partir des portes précédentes.a ba b& 1 1&&S&S&&Archi43/48
ChronologieArchitecture en couchesChronologieCouche circuitsArchitecture en couchesCouche circuitsla tableaude véritéau circuitDe la table deDevéritécircuitLa fonction majoritaire : la valeur de sortie est celle quiapparaı̂tmajoritairementen entrée.est celle quiLa fonction majoritaire: lavaleur de sortieapparaı̂t majoritairement en 01111b00b110011c0c1010101S000101a b c11câbler les entréeset leurs négationsa b ccâbler une porte ETpour chaque lignedont la sortie est 1relier les ET par un OU.a b c&&ArchiS 1f (a, b, c) ābc ab̄c abc̄ abc&S44/47&f (a, b, c) ābc ab̄c abc̄ abcArchi44/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsSimplificationSimplifier diminuer le nombre d’opérateurs diminuer lenombre de portes logiques (et donc le coût).exemple précédent :f (a, b, c) a b · bc a b bc a b b̄ c̄ a 1 c̄ 1fonction majoritaire :f (a, b, c) ābc ab̄c abc̄ abc ābc ab̄c abc̄ abc abc abc (āb ab̄)c ab(c̄ c) (a b)(ā b̄)c ab (a ā)bc (b b̄)ac (c c̄)bc (ac bc)ab ab ab ac bc (ab ac bc)(ab ab)Archi45/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsMéthode de KarnaughLa fonction majoritairebinaireclassiquea b c0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1S00010111binaireréfléchia b0 00 00 10 11 11 11 01 00001010111f (a, b, c) ab ac bcArchi46/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsMéthode de Karnaugh (suite)On veut le moins de porte ET et OU possible.cdab 00 011110cdab 101011f (a, b, c, d) āb̄ cd ab̄d ābc̄d cd ād b̄d La première formule est juste, mais pas simplifiée au maximum !Archi47/48
ChronologieArchitecture en couchesCouche circuitsMéthode de KarnaughMéthode graphique (visuelle) pour simplifier au maximum lesformules et/ou les circuits.123Écrire la table de vérité sous la forme d’un code de Gray(ou binaire réfléchi) : ainsi, les valeurs des entrées nediffèrent que d’un seul bit entre chaque ligne.Compacter la table (ces 2 étapes peuvent être simultanées)Entourer tous les 1 dans des rectangles :les plus grands possibles,tels que leur taille est une puissance de 2,éventuellement sur les bords.4En déduire la formule et le circuit :une somme (OU) des formules de chaque rectanglele formule d’un rectangle est un produit (ET) :des variables qui valent toujours 1 dans ce rectangledes négations de celles qui valent toujours 0.les autres variables n’apparaissent pas dans le ET.5! ! ! Il peut y avoir plusieurs simplifications maximales !Archi48/48
B transparents de cours, sujets de TD B bibliographie et lien utiles 7 s eances de cours (toutes les 2 semaines) B lundi, 10h30 - 12h30 14 s eances de TD (dont 5 de TP) B mercredi apr es-midi contr ole des connaissances : B contr ole continu (interros, TPs) B 1 exam ( a la moiti e du cours) B 1 exam (mi-janvier) Archi 2/48. ChronologieArchitecture en couchesCouche circuits But du cours Culture .
L'interconnexion des ordinateurs, elle permet une meilleure communication des documents, des messages, et des ressources humaines au sein d'une entreprise. La gestion des données, elles sont regroupées sur le serveur ce qui facilite leur mise à jour et leur sauvegarde.
What is Computer Architecture? “Computer Architecture is the science and art of selecting and interconnecting hardware components to create computers that meet functional, performance and cost goals.” - WWW Computer Architecture Page An analogy to architecture of File Size: 1MBPage Count: 12Explore further(PDF) Lecture Notes on Computer Architecturewww.researchgate.netComputer Architecture - an overview ScienceDirect Topicswww.sciencedirect.comWhat is Computer Architecture? - Definition from Techopediawww.techopedia.com1. An Introduction to Computer Architecture - Designing .www.oreilly.comWhat is Computer Architecture? - University of Washingtoncourses.cs.washington.eduRecommended to you b
peuvent provoquer des blessures au niveau des nerfs, des tendons oudes muscles dans les mains, les poignets, les bras, les épaules, lecouou le dos. Si vous ressentez des douleurs, des engourdissements, des faiblesses, des gonflements, des sensations de brûlure, des crampes ou des raideurs, consultez un méde
Fast Ethernet Unmanaged Switches Model DES-1005D DES-105 DES-1005P DES-1008D DES-108 DES-1008PA DES-1016D DES-1018MP DES-1024D Number of Fast Ethernet ports 5 5 5 8 8 8 16 16 24 Number of Gigabit ports 2 Switching capacity 1 Gbps 1 Gbps 1 Gbps 1.6 Gbps 1.6 Gbps 1.6 Gbps 3.2 Gbps 1.6 Gbps 4.8 Gbps PoE standards 802.3af 802.3af 802.3af PoE
strong The /strong Nottinghamshire Forward View into Action . An Information Governance, Information Management and Technology (IGM&T) Strategy for Nottinghamshire led by NHS Clinical Commissioning Groups . This page intentionally left blank . Nottinghamshire CCGs IGM&T Strategy . Contents .
strong The Nottinghamshire Forward View into /strong Action . An strong Information Governance Management and Technology /strong (IGM&T) Strategy for strong Nottinghamshire /strong led by NHS Clinical Commissioning Groups . This page intentionally left blank . strong Nottinghamshire /strong CCGs IGM&T Strategy Contents :
rash onset. However, in the first 72 hours after rash onset, up to 20% of tests for IgM may give false-negative results. Tests that are negative in the first 72 hours after rash onset should be repeated. IgM is detectable for at least 30 days after rash onset and frequently longer. A variety of tests for
The anatomy and physiology Topic text is clearly and concisely written, and is presented in easily digestible units of information to help facilitate learning. SE GIDE: PIMAL’S 3D HMA AATOM AD PHSIOLOG Page 10 of 31. SLIDE USER GUIDE: PRIMALS 3D HUMAN ANATOMY AND PHYSIOLOGY Page 11 of 31 MOVIE SLIDE – DIAGRAM SLIDE – ILLUSTRATION SLIDE – PHOTOGRAPH SLIDE – STATIC 3D IMAGE The View .
