Initiation à l’informatique

De nos jours, quand nous parlons d’informatique ou d’ordinateur entre amis, il n’est pas rare d’évoquer la vitesse du processeur équipant telle ou telle machine. Mais qu’est donc un processeur (on entend encore parler de microprocesseur, ce qui est devenu un lapsus aujourd’hui. Même si la naissance du concept de processeur date du 19ème processeurs depuis 1980. Mais l’utilisation de processeurs ne se limite pas à Flnformatique, on en retrouve dans beaucoup de domaines, cependant nous nous limiterons à son utilisation en informatique.

Si nous devions définir un processeur en deux mots, nous dirions, une puce qui permet de calculer très vite, et qui est capable d’effectuer toute sorte d’opération et ce de manière ordonnée. Et tout ça pour nous rendre service, à travers des applications jouer, éditer, retravailler de la musique, vidéo analogique ou numérique, retoucher modifier des photos, concevoir des pièces en 3D, surveiller des procès industriels A- Partie théorique l- La définition des microprocesseurs Le microprocesseur est le véritable cerveau de l’ordinateur.

Micro vient du grec Micros qui signifie petit, et Processeurs ésigne un dispositif technique capable de faire du traitement. Un processeur est, dans un ordinateur, un élément destiné ? interpréter et exécuter des instructions. Le processeur, aussi appelé microprocesseur lorsqu’il est composé d’un seul circuit imprimé, est le composant principal de tout les appareils informatiques. Le premier apparait en 1971 avec la firme multinationale Intel. Sa fonction est d’effectuer des calculs, et de traiter des informations.

Pour communiquer avec le reste de l’appareil, il utilise un code binaire ; c’est à dire qu’il communique par combinaison de deux chiffres : le O et le 1. par exemple, » signifie processeur. Le processeur est réglé selon une horloge, appelée quartz en informatique. Cette 15 signifie processeur. informatique. Cette horloge envoie des impulsions électriques à des intewalles bien définis. Au moment de l’impulsion, le processeur va chercher l’instruction qu’on lui demande de faire et l’exécute.

Plus le temps entre chaque intervalle est court, plus le processeur est puissant, et c’est ce même intervalle qui définit la fréquence du processeur, en hertz. un ordinateur cadencé à 200 MHz possède une horloge envoyant 200000000 de battements ar seconde. Un processeur avec une fréquence plus élevée sera donc plus puissant. Nous verrons cependant par la suite que, pour augmenter la puissance d’un processeur, il ne suffit pas d’augmenter la fréquence de ce dernier ; d’autres éléments rentrent en ligne de compte. Avec les nouvelles architectures, les fabricants de processeurs vont chercher à multiplier le nombre de corês. l- L’histoire du micro-processeur 1971: L’Intel 4004 est le premier processeur produit par Gordon Moore et Robert Noyce suite à la commande spéciale du japonais Busicom. « La genèse » est la première puce intégrant de la émoire RAM (mémolre vive, à accès direct) & DRAM (Dynamic RAM). Il est cadencé à O. 74 MHz et possède 2300 transistors. 1974: L’Intel 8080 est le premier CPLJ Intel à ne pas être conçu d’un étranger et donc à disposer d’une réelle polyvalence quant ? sa simplicité d’implantation hardware.

Avec ses 6000 transistors il atteint une vitesse de 2 MHz et accepte une RAM de 64 Ko. 1975: Après la crise pétrolière de 1973, Motorola se voit contraint de réduire ses effectifs. Les ingénieurs de Motorola réagisse Motorola se voit contraint de réduire ses effectifs. Les ingénieurs e Motorola réagissent et construisent un processeur basé sur une architecture 8 bits, très simplifié et vendu 25$. Il a un énorme succès malgré ses limitations hardware. Il équipe les ordlnateurs et les consoles de jeux. Cadencé à 1 MHz. 976: Le Zilog Z80 s’apparente au 8080 d’Intel mais il est moins cher, et plus évolué ; toujours avec un bus de 8 bits, il comporte un rafraichissement intégré de la mémoire DRAM, une cadence allant jusqu’à 2,5 MHz, puis avec les améliorations, jusqu’à 4 MHz. Il comporte 8500 transistors. 1982: L’Intel 80286 est le successeur du 8086. Il a 134000 transistors et il est cadencé à 8 MHz. Par rapport aux processeurs précédemment évoqués, il fonctionne en 16 bits ce qui lui permet d’être deux fois plus rapide que le 8086.

Cette nouveauté est une évolution puisqu’il est le premier processeur multitâche au sens hardware du terme, c’est à dire capable de gérer plusieurs éléments en même temps. La firme multinationale IBM est la première à équiper ses ordinateurs avec ce processeur. 1985: L’Intel 80386 intervient suite à l’échec du iAPX432 de 1981. Comme ce dernier, il fonctionne en 32 bits et accepte 4 Go de RAM. Il est composé de quatre niveaux d’exécution, d’une gestion de mémoire simple et plus évoluée que ses prédécesseurs.

Il est cadencé entre 12 et 16 MHz et embarque 275000 transistors. 1988: L’arrivée de l’entreprise Cyrix sur la scène internationale n’est pas passée inaperçue. Ses microprocesseurs, les FasMath, joueront un rôle majeur dans la décennie suivante avec les clones des pentium d’Intel. Ils sont réputés 5 un rôle majeur dans la décennie suivante avec les clones des Pentium d’Intel. Ils sont réputés 20 à plus puissants que leurs homologues. 995: L’Intel Pentium Pro est bâti sur une nouvelle architecture, la « PS’.

Celle-ci permet de convertir des informations complexes en macro-instructions qui peuvent être ré-agencées dans le pipeline afin d’être exécutées dans le désordre (Out Of Order). Ce microprocesseur était réservé aux serveurs. Il est produit en différentes version cadencées à 1 50, 166 et 200 MHz. Le Pentium Pro embarque 5,5 millions de transistors. 1996: Le Cyrix 6×86 possède une architecture proche de celle du Pentium Pro, il fonctionnait sur les mêmes cartes mères que les Pentium et s’avérait plus performant à fréquence égale.

Il était cadencé à 133MHz et comportait 6,6 millions de transistors. Le 6×86 était économique et rapide mais se voyait ralentit au niveau de son unité flottante (FPIJ). 2000: En l’occasion du nouveau millénaire, les ingénieurs d’Intel ont décidé d’équiper leur dernière puce de la génération Pentium, d’une nouvelle architecture, la « netburst », afin de remplacer la La netburst était entièrement optimisée pour le débit, mais qui dit débit dit également puissance. Donc avec une fréquence qui ne dépassait pas les 1,5 GHz, ce microprocesseur s’avérait plus lent que les anciens Pentium 3.

Avec des versions plus puissantes comme celle à 2 GHz, la vitesse fut améliorée, mais en voulant atteindre les 4 GHz, Intel a observé un problème trop important de surchauffe et fut contraint d’abandonner la netburst. Ce processeur possède 125 millions de transistors. 2003: Intel ayant réalisé que PAGF s 5 la netburst. Ce processeur possède 125 millions de transistors. 2003: Intel ayant réalisé que l’architecture trois ans plus tôt n’était pas faite pour les économies d’énergies, déclda de revenir sur l’architecture des Pentium 3 et de sortir un plan B : le Pentium M.

Il consomme peu d’énergie pour de bonne performance et se voit remporter un franc succès sur de nombreuses machines dénommées Centrino. 2008: Voici le microprocesseur le plus récent et performant d’Intel de nos jours, le corê i7. Les Corê x se déclinent selon trois générations de l’évolution de l’architecture PS : les ix, les Sandy Bridge ix 2000 et Ivy Bridge ix 3000. Ils sont les microprocesseurs actuels les plus performants et devancent de plus en plus l’autre géant, AMD.

La première génération de ix possède environ 750 millions de transistors ; la deuxième en embarque environ 1,15 illiards et la troisième générations en a 1,4 milliards. Ill Loi de Moore La loi de Moore est une loi énoncée par Gordon Moore l’un des cofondateurs d’Intel. Cette loi fait suite à sa déclaration de 1965 dans laquelle il s’exprimait sur la miniaturisation des processeurs. D’après lui, le nombre de transistors présents sur un circuit imprimé, de même taille, allait doubler environ tous les deux ans.

Sa théorie avait aussi un impact économique pour les fondeurs (fabricants de processeurs) puisque, le coût des processeurs devait diminuer proportionnellement, ce qui fut le cas. De ce fait, our deux processeurs à puissance égale mais d’année différente, le processeur plus récent équipé de nouvelle technologie sera moins cher. C’est une des raisons pour laquelle nous retrou 6 5 récent équipé de nouvelle technologie sera moins cher. C’est une des raisons pour laquelle nous retrouvons des microprocesseurs un peu partout dans la vie de tous les jours.

Les microprocesseurs présents dans les jouets, les feux de signalisation, les cartes de VŒUX musicales, coûtent à l’heure actuelle quelques euros et sont plus performants que les gros systèmes les plus rapides d’il y a quelques dizaines d’années. IV- Le rôle du micro processeur un processeur ne peut fonctionner seul ; il est donc intégré dans un environnement. En ce qui nous concerne, le processeur est enfiché sur une carte mère qui permet, grâce à d’autres composants, de communiquer avec des périphériques d’entrée et de sortie, et sans oublier l’alimentation bien sûr.

On trouve de plus en plus de périphériques, mais citons pour exemples les plus courants. • Pour les périphériques d’entrée : clavier, souris, etc. • Pour les périphériques de sortie : écran, imprimante, etc. Mais on voit apparaitre aussi des périphériques de mémorisation our stocker des résu tats intermédiaires. Cependant, le matériel ne suffit pas, il faut donner au processeur la marche à suivre. Pour cela, on utilise un programme qui définisse l’ensemble des opérations à effectuer entre les entrées et les sorties.

Le traitement des données est défini par des opérations mathématiques, mais aussi par des déplacements de données entre les différents types de mémoire Il est ainsi comparable à un chef d’orchestre lisant sa partition, car il délègue certaines taches à d’autres puces plus dédlées qui prennent leur place au sein de l’ordinateur. Quel que soit 7 5 d’autres puces plus dédiées qui prennent leur place au sein de l’ordinateur. Quel que soit son rôle et sa nature, un ordinateur est toujours composé d’éléments fondamentaux.

Ceux-ci sont l’Unité Centrale de Traitement (I_JCT), la mémoire (par exemple RAM, ROM ou disque dur), et les ports d’entrée/sorties, indispensables pour communiquer avec des éléments extérieurs. Ces élements de base sont reliés entre eux par trois types de bus: le bus d’adresse, le bus de données et le bus de commande. -unité de mémoire La mémoire vive aussi appelée RAM de l’anglais Random Access Memory (que l’on traduit en français par mémoire à accès direct), est la mémoire informatique dans laquelle un ordinateur place les données lors de leur traitement.

Les caractéristiques de cette mémoire sont sa rapidité d’accès, essentielle pour fournir rapidement les données au processeur, et sa volatilité qui implique une perte totale de toutes les données mémoire dès que l’ordinateur cesse d’être alimente en électricité * La mémoire morte, aussi appelée ROM (Read Only Memory, soit mémoire à lecture seule) est une mémoire informatique imposslble à modifier. La mémoire morte n’est pas volatile, elle e perd pas ses données, en l’absence de courant électrique, contrairement à la mémoire vive. Le disque dur, aussi appelée Hard Disk ou HD en anglais Cest la mémoire de l’ordinateur puisque son rôle est de stocker des données informatiques. Le disque dur contient le système Windows, vos programmes installés ainsi que vos données personnelles. *le bus de données est bidirectionnel. Il assure le transfert des informations entre le m 5 informations entre le microprocesseur et son environnement, et inversement. Son nombre de lignes est égal au format des mots de données du microprocesseur. bus d’adresse est unidirectionnel.

Il permet la sélection des informations à traiter dans un espace memoire qui peut avoir emplacement, avec nombre de conducteurs du bus d’adresse *le bus de commande ou bus de contrôle est constitué par quelques conducteurs qui assurent la synchronisation des flux d’informations sur les bus de donnees et d’adresse. * Entrées-Sorties les échanges d’informations entre le processeur et les périphériques qui lui sont associés V- Le fonctionnement du microprocesseur Le processeur suit un enchaînement d’opération ou de traitement.

Ainsi, il commence simplement par attendre une nstruction. Dès que celle-ci est demandée par le compilateur (programme effectuant la traduction entre un langage de programmation et le langage système), le processeur la met dans le cache. Puis il va chercher les données qu’il doit utiliser. Enfin, il les stocke, puis les rappelle pour effectuer l’opération demandée. Et une fois faite, il stocke le résultat et les données de départ si elles ont été modifiées. Ce cycle se répète à chaque opération.

Sil y a deux fois la même opération avec les mêmes variables, le processeur ira directement chercher le résultat dans le cache sans refaire le alcul d’où un gain de temps. D’où l’intérêt de la mémoire cache. Chaque information, variable, peut provenir du bus système, bus mémoire ou du bus Entrée/Sortie. Le processeur Utilis PAGF 15 peut provenir du bus système, bus mémoire ou du bus Entrée/ Sortie. Le processeur Utilise tous ces ensembles pour obtenir le résultat escompté.

Vl- L’architecture du microprocesseur L’architecture est l’organisation des éléments composant un système informatique, le microprocesseur à deux sortes d’architectures, nous avons L’architecture externe des ordinateurs qui concerne essentiellement la vision qu’ils offrent à leurs rogrammeurs en langage de bas niveau(assembleur) aussi son utilisation et l’architecture interne qui correspond à l’organisation physique de ces machines ainsi que son coût et sa performance. – L’architecture RISC La technologie ‘Reduced Instruction Set Computer » n’est pas une révolution et remonte aux années 1970 Elle est plutôt la reconnaissance d’un ensemble d’avancées technologiques, comme l’apparition des mémoires-caches. RISC est basé sur la simplicité. Mais le terme de « Reduced Instruction Set Computer » peut induire des erreurs de compréhension, car l’augmentation des erformances d’un processeur RISC, n’est pas nécessairement due à la réduction du nombre d’Instructions Le but étant en fait de : Utiliser un jeu d’instructions simple facilement implanté sous forme de machine pipeline.

Utiliser une technologie de compilateur sophistiquée permettant de générer un code optimal. En fait la technologie RISC est plutôt une philosophie de conception qu’un ensemble de règles strictes et chaque processeur RISC présente sa personnalité propre. 2- L’architecture CISC « Complex Instruction Set Computer » détermine une façon de fonctionner pour les microprocesseurs obeissants à cette philosophie. En e