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Support de Formation ion :La structure de la machine ine

Par : Gha Ghaouti Mohamed

TABLE DES MATIERES 1. INTRODUCTION..............................................................................................................................................3 2. ORGANISATION MATERIEL/LOGICIEL D’UN ORDINATEUR............................................................4 3. ORGANISATION ORGANISATION INTERNE.......................................................... INTERNE .......................................................... ........................................................... ......5 3.1. L’UNITE CENTRALE ............................................................................................................................................5 3.1.1. Le microprocesseur....................................................................................................................................5 3.1.2. Les échanges avec la mémoire centrale.....................................................................................................5 3.1.3. Les entrées/sorties......................................................................................................................................5 3.1.4. Les coprocesseurs ......................................................................................................................................7 3.2. LES MEMOIRES ...................................................................................................................................................7 3.3. LE MICROPROCESSEUR .......................................................................................................................................8

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La structure de la machine

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1.

INTRODUCTION Ce cours a pour objet d’expliquer de manière simple et schématique comment fonctionne un ordinateur. Il ne traite pas d’un type d’ordinateur particulier particulier mais donne des généralités généralités applicables à tout type d’ordinateur. Il s’agit de présenter présenter les différents différents composants composants matériels et logiciels logiciels d’un calculateur calculateur ainsi que leur principe de fonctionnement.

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2.

ORGAN ORGANISA ISATIO TION N MATER MATERIEL IEL/LO /LOGIC GICIEL IEL D’UN D’UN ORDINA ORDINATEU TEUR R

Système d’exploitation Logiciels et progiciels

microprocesseur (CPU) unité centrale

Disque

Modem Ecran - Clavier

Imprimante

Lien matériel Lien logique

L’ordinateur est composé d’une unité centrale dans laquelle se trouve le microprocesseur. C’est là que s’effectuent s’effectuent tous les traitements réalisés par la machine. machine. A l’unité l’unité central centralee sont sont connec connectés tés des périphériques : imprimante, imprimante, terminal (appelé aussi console ou écran/clavier), disque, modem, etc... Ces périphériques ont avec l’unité centrale (ou U.C.) un lien matériel. Ils sont physiquement reliés à l’U.C., généralement par un câble. Certains périphériques comme le modem ou le disque dur nécessitent l’ajout d’une carte dans l’unité centrale. centrale. L’utilisateur L’utilisateur fait fonctionner fonctionner l’ordinateur l’ordinateur grâce à des logiciels . Un premier logiciel est indispensable, c’est le système d’exploitation. C’est à travers lui que l’on peut manipuler les ressources de l’ordinateur et plus particulièrement les périphériques. Les autr autres es logi logicie ciels ls sont sont des des logi logicie ciels ls applic applicati atifs fs qui qui perm permett etten entt de réalis réaliser er des des tâche tâchess particulières particulières : traitement traitement de texte, comptabilité, comptabilité, etc... Les logicie logiciels ls peuven peuventt comman commander der directem directement ent les périphé périphériqu riques es ou le faire faire au travers travers du système d’exploitation.

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3.

ORGA ORGANI NISA SATI TION ON INTE INTERN RNE E 3.1. 3.1.

L’un L’unit ité é cent centra rale le

C’est dans l’unité centrale que vont s’exécuter les logiciels. Elle est composée de plusieurs éléments :

Mémoire centrale (RAM)

microprocesseur CPU

Coprocesseur d’entrée/sortie

Coprocesseur mathématique

Tampon

Coprocesseur de communication Tampon

Ports sortie

3.1.1. Le microprocesseur Le microprocesseur sert à exécuter toutes les instructions qui composent un programme, c’est à dire un logiciel. Le microprocesseur microprocesseur central est aussi appelé C.P.U. : Central Process Unit.

3.1.2. Les échanges avec la mémoire centrale Lorsqu’un logiciel est en cours d’exécution, les instructions qui le composent sont chargées en mémoire centrale et passent tour à tour dans le microprocesseur pour être exécutées (voir chapitre suivant). Les données calculées par le logiciel (par exemple le texte que l’on est en train d’écrire sur un traitement traitement de texte) sont également stockées stockées en mémoire mémoire centrale. Il y a donc des échanges permanents entre le microprocesseur et la mémoire centrale.

3.1.3. Les entrées/sorties La mémoire centrale est volatile, c’est à dire qu’elle est effacée fréquemment et notamment lorsque l’on éteint l’ordinateur. Par conséquent il est nécessaire d’utiliser d’autres supports pour mémoriser les données, comme par exemple le disque dur. Ces supports sont appelés des mémoires auxiliaires. Ils ne font pas partie de l’unité centrale et sont comparativement à la mémoire centrale d’accès lent. Le microprocesseur microprocesseur a besoin d’accéder d’accéder à ces mémoires en lecture et en écriture assez souvent.

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Il en est de même pour ce qui est des accès à l’imprimante, à l’écran ou au clavier. On appelle ces opérations, opérations, les opérations d’entrée/sortie.

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3.1.4. Les coprocesseurs Toutes ces opérations sont lentes donc afin de décharger le microprocesseur on les confie souven souventt à un ou plusieu plusieurs rs autres autres microp microproce rocesse sseurs urs spécial spécialisés isés.. Ce sont sont les coproc coprocess esseur eurss d’entrée/sortie. On util utilis isee égal égalem emen entt les les copr coproc oces esse seur urss pour pour la réal réalis isat ation ion de tâch tâches es part partic icul uliè ière ress : coprocesseur mathématique, coprocesseur de communication. Ces coprocesseurs possèdent un jeu d’instructions spécifiques. Si on ne les utilise pas, les fonctionnalités fonctionnalités doivent doivent être programmées programmées à chaque fois que l’on en a besoin. besoin.

3.2. 3.2.

Les Les mé mémo moir ires es

C.P.U.

Mémoire centrale

Mémoire d’appui

Mémoires auxiliaires

disque

bande

disque optique numérique

CD-ROM

On utilise différents types de mémoires que l’on classe en fonction de leur temps d’accès, de leur coût et de leur capacité de stockage. 

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la mémoire centrale : elle est la plus chère, la plus rapide d’accès. Mais sa capacité de stockage est limitée (et dépend du type d’ordinateur de 1Moctets à 500Moctets ou plus). De plus la mémoire centrale est volatile volatile et ne permet le stockage stockage permanent permanent des données. données. le disque dur : il est relativement cher. Il permet le stockage permanent des données. Parmi toutes les mémoires auxiliaires, c’est le plus rapide d’accès. On peut en utiliser plusieurs de sorte que sa capacité de stockage est illimitée. (elle n’est limitée que par le système d’exploitation d’exploitation ou la machine machine utilisée) utilisée) les disque disquette ttess : leur leur accès accès est est asse assezz lent lent mais mais facile facile.. Leur Leur capa capacit citéé est est faibl faiblee ( < 2 Moctets)et Moctets)et limitée. Leur coût est très faible.

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les bandes magnétiques : elles sont peu chères et leur capacité de stockage est relativement grande (500 Moctets). Par contre on ne peut y faire que des accès séquentiels, d’où une gran grande de lenteu lenteurr pour pour l’acc l’accès ès aux aux donn données ées.. elles elles ne sont sont utill utillisé isées es que que pour pour faire faire des des sauvegardes. les disques optiques numériques ou D.O.N. : leur accès est assez rapide et aussi facile qu’une disquette. Leur capacité est relativement grande ( 300 Moctets) et limitée. Leur coût est assez faible. les CD-ROM : on ne peut y accéder qu’en lecture. Ils ont une très grande capacité de stockage ( de l’ordre de 1 GO) les mémoires d’appui: ce sont des composants mémoires qui servent d’intermédiaire entre la mémoire principale et les mémoires auxiliaires. Elles sont en général moins chère que la mémoire mémoire centrale et plus rapide que les mémoires auxiliaires. auxiliaires.

3.3. 3.3.

Le mi micr crop opro roce cess sseu eurr

Le microprocess microprocesseur eur possède un jeu d’instructions d’instructions limité. ces instructions instructions sont des instructions élémenta élémentaires ires représ représenta entant nt les opérati opérations ons que l’U.A.L l’U.A.L.. (unité (unité arithmé arithmétiqu tiquee et logiqu logique) e) est capable de réaliser. réaliser. Tout programme est une suite d’instructions écrites dans un langage particulier. Le rôle du compilateur du langage est de traduire ces instructions en langage évolué en une suite de micro-instructions faisant toutes partie du jeu d’instructions du microprocesseur. LANGA LANGAGES GES

EVOLU EVOLUES ES

niveau niveau assembl assembleur eur INSTRUCTIONS MACHINE

micro instructions instructions NIVEAU DES COMMANDES ELECTRONIQUES

Voici un exemple exemple de jeu de micro-instruc micro-instructions tions :    

 

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MOV A,B :transfert le contenu du registre A dans le registre B LDA adresse,C: transfert le contenu de l’adresse mémoire donnée dans le registre C LDA C, adresse : transfert le contenu contenu du registre registre C à l’adresse l’adresse mémoire donnée ADD A,B : ajoute le contenu du registre A au registre B. Le résultat est dans un registre particulier particulier R CMP A,B : positionne un indicateur si A>=B à 1 et le positionne à 0 sinon. BNE numéro : branche le programme à l’instruction de numéro donnée si le résultat de la comparaison précédente est faux

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Dans ce cas, un programme qui en langage évolué s’écrit : c <- a+b si c > 0 alors d = c sinon d = 0 fsi d = d+ 1 sera traduit en supposant que a, b, c, d sont en mémoire respectivement à l’adresse 1000, 1016, 1032, 1048 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

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LDA 1000,R1 LDA 1016,R2 ADD R1,R2 LDA R, 1032 LDA 1032, R1 CMP R1, 0 BNE 11 LDA 1032, R2 LDA R2, 1048 JMP JMP 13 MOV MOV 0, R2 LDA LDA R2, R2, 1048 1048 LDA LDA 1048 1048,, R1 ADD ADD R1, 1 LDA LDA R, 1048 1048

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Mémoire centrale

Dispositif de sélection d’adresse et d’accés à un mot-mémoire

Résultat Adr opérande

Reg Adr

Reg Mot Mot mémoire

Adr instruction

RI

CO

Unité de commande

Décodeur Horloge Séquenceur Séquenceur de commandes

Opérandes

Registre d’état

Unité arithmétique et logique

Opérandes UAL

Registres Résultat

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