Programme Officiel
| Contenus | Capacités attendues | Commentaires |
|---|---|---|
| Modèle d'architecture séquentielle (von Neumann) | Distinguer les rôles et les caractéristiques des différents constituants d'une machine. |
La présentation se limite aux concepts généraux. On distingue les architectures monoprocesseur et les architectures multiprocesseur. |
L'ordinateur actuel
L'animation du
CEA
vous présente le fonctionnement général d'un ordinateur. Si votre
appareil ne supporte pas flash, vous pouvez consulter la version vidéo.
::: {.appli titre=" vue schématique d'un ordinateur"} Réaliser en grand format, une vue schématique d'un ordinateur en indiquant le nom des diverses parties, leurs connexions, et leurs rôles. :::
L'architecture de von Neumann
Le premier ordinateur électronique conçu pour être une machine de Turing est l'EINAC réalisé en 1943. Son architecture fut décrite par John von Neumann et sert de base, à quelques améliorations près, à l'architecture de tous les ordinateurs depuis.
Le processeur et la mémoire
Cette architecture est centrée autour de deux composants principaux:
- le processeur ou CPU (Central Processing Unit),
- et la mémoire.
Ces deux circuits sont reliés par des fils appelés bus de communication.
D'autres part, le processeur dispose de bus d'entrée et de sortie qui le relient à d'autres parties de l'ordinateur appelées les périphériques comme le disque dur, l'écran, le clavier...
Le processeur joue le rôle du chef d'orchestre, il donne des ordres aux périphériques et à la mémoire et est responsable de l'exécution du programme de l'ordinateur.
Les unités du processeur
Au sein du processeur le traitement des tâches a été séparé en deux:
- l'unité de commande dirige le fonctionnement du processeur. Elle indique à la mémoire de l'ordinateur, à l'unité arithmétique et logique et aux périphériques d'entrée et de sortie comment répondre aux instructions qui ont été envoyées au processeur.
- l'unité arithmétique et logique est un circuit numérique combinatoire qui effectue des opérations arithmétiques et logiques au niveau du bit.
Lorsque l'opération est terminée, l'unité de commande passe à l'instruction suivante du programme. La fréquence d'exécution du processeur est contrôlée par un signal d'horloge: les cadences des processeurs usuels est de l'ordre du GHz à l'heure actuelle.
Le registre du processeur
Le processeur possède également un très petit nombre de cases mémoires très rapides appelées des registres dont la capacité dépasse rarement quelques dizaines d'octet pour des raisons de coût et de place. Source Wikipedia
Quelques variations à l'architecture de von Neumann
La mémoire vive de l'ordinateur a besoin d'être alimentée en permanence pour garder les données, ainsi à chaque extinction de l'ordinateur, elle est perdue, on la qualifie de mémoire volatile.
Pour résoudre ce problème on recourt à deux types de mémoires non volatiles:
-
La mémoire morte est une mémoire qui ne peut être que lue(ROM Read Only Memory), elle contient en général le firmware de l'ordinateur (BIOS ou UEFI) qui est le programme qui se charge à chaque allumage de l'ordinateur.
-
La mémoire de masse: Pour stocker les donnée et les programmes, on ajoute un périphérique appelé mémoire de masse: le disque dur de vos ordinateurs, ou une mémoire flash dans le cas des tablettes et smartphones. Cette mémoire est capable de stocker une grande quantité de données, mais à l'inconvénient d'être beaucoup moins rapides que la mémoire vive(RAM Random Access Memory), c'est pour cela que lors du lancement d'un programme les données nécessaire à son exécution sont généralement transférées vers la RAM pour une exécution plus rapide.
Classer les diverses mémoires présentes dans un ordinateur par "rapidité", et expliquer leurs rôles respectifs.
On utilise aujourd'hui des architectures multiprocesseurs afin d'améliorer la rapidité d'exécution sans augmenter la fréquence d'horloge.
L'utilisation efficace des architectures multiprocesseurs nécessite de pouvoir traiter les informations de manière simultanée, pour cela il faut des algorithmes spécialisés: on parle de parallélisme.