Architecture et technologie des ordinateurs

128 Pages·2016·7.41 MB·French

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GENERAL PURPOSE PROCESSOR
1ère année
Spécialité Informatique
Responsable de Cours :
[email protected] - 02 31 45 27 61
Encadrants de Travaux Pratiques :
[email protected] - 02 31 45 24 05
[email protected] - 02 31 45 27 58
[email protected] - 02 31 45 29 25
22001155--22001166
Architecture et technologie des ordinateurs
POLYCOPIE
COURS
•
TRAVAUX PRATIQUES
•
ANNEXES
•
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technologie des ordinateurs >> download
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Architecture et technologie des ordinateurs
COURS
Architecture et technologie des ordinateurs
SOMMAIRE
1. INTRODUCTION
1.1. Systèmes Électroniques
1.2. Systèmes Numériques
1.2.a. Du transistor aux Processeurs Numériques
1.2.b. Familles de Processeurs
1.2.c. Architectures à CPU
1.2.d. General Purpose Processors
1.3. Marchés
1.3.a. Fabricants et designers de Semi-Conducteur
1.3.b. Fabricants de GPP
1.3.c. Assembleurs compatibles PC
1.4. Applications
2. CARTE MERE
2.1. Introduction
2.2. Architecture Fonctionnelle Core2
2.2.a. NorthBridge
2.2.b. SouthBridge
2.2.c. Chipset
2.3. Réseaux et Bus de communication
2.3.a. Connectivité
2.3.b. Bus pour PCB
2.3.c. Réseaux Informatique
2.4. Évolutions vers l'architecture Sandy Bridge
2.5. Conseils
3. CHAINE DE COMPILATION
3.1. Développement bas niveau
3.2. Chaîne de compilation C
Architecture et technologie des ordinateurs
3.3. fichiers ELF
4. LANGAGE D'ASSEMBLAGE
4.1. Langage d'assemblage
4.2. Architectures RISC/CISC
4.2.a. Jeu d'instruction RISC 8051
4.2.b. Jeu d'instruction CISC x86
4.3. Extensions du jeu d'instruction Intel
5. CENTRAL PROCESSING UNIT
5.1 Travail d'un CPU
5.2. CPU élémentaire
5.3. Architectures Matérielles
5.3.a. Von Neumann
5.3.b. Harvard
5.3.c. Harvard modifiée
5.4. CPU Intel 8086
5.4.a. Architecture matérielle
5.4.b. Jeu d'instruction
5.5. Évolutions vers architectures x64
6. FAMILLE SANDY BRIDGE
6.1. Front End
6.2. Out-of Order Engine
6.3. Execution Core
6.4. Famille Haswell
7. MEMOIRE
7.1. Introduction
7.1.a. Mémoires Volatile et Non-Volatile
Architecture et technologie des ordinateurs
7.1.b. Mémoires Morte et Vive
7.1.c. Mémoires Adressables par Octet
7.2. Hiérarchie et Cohérence Mémoire
7.3. Memory Management Unit
7.3.a. Segmentation
7.3.b. Gestion Pile et Tas
7.3.c. Pagination
7.3.d. Exceptions et signaux
… suite à rédiger !
7.4. Mémoire Cache
7.4.a. Introduction
7.4.b. Cache Processeur
7.4.c. Politique de Remplacement
7.4.c. Méthodes de d'Accès
7.5. Mémoire Principale
7.5.a. Introduction
7.5.b. Technologies
7.6. Mémoire de Masse
7.6.a. Introduction
7.6.b. Disque dur
7.6.c. Autres supports
Architecture et technologie des ordinateurs
1. INTRODUCTION
Architecture et technologie des ordinateurs
Systèmes Electroniques –Systèmes Numériques –Marchés –Applications
N
O
UCTI
D
O
R
NT
I
• hugoDescoubes
• Grade : Professeur Agrégé responsable des enseignements de
Systèmes Embarqués à l’ENSICAEN en France Basse Normandie
• Contact : [email protected], 02 31 45 27 61, Bureau
INTRODUCTION en salle 203 2ieme étage du bâtiment A
• Publique visé : 1èreannée (BAC+3) cycle Ingénieur en
Architecture et Technologie des Ordinateurs
Informatique
• Droits : copyleft (me prévenir par mail en cas de réutilisation des
documents et citer le nom de l’ENSICAEN)
Hugo Descoubes–octobre 2015 2–copyleft
Systèmes Electroniques –Systèmes Numériques –Marchés –Applications Systèmes Electroniques –Systèmes Numériques –Marchés –Applications
N N
O O
UCTI UCTI
D D
O O
R R
NT NT
I I
Domaines de l’Electronique et de l’Informatique : Analogique Numérique
Electronique
Analogique ou Analog
Numérique ou Digital
• Processeurs
• Réseaux de Communication
Les composants et systèmes analogiques souffrent des contraintes :
Informatique
•Tolérance des composants •Sensibilité aux perturbations
• Systèmes d’exploitation
• Outils de Développement •Sensibilité à la température •Certains traitements impossibles
• Langages de programmation •Coût à réaliser
• Algorithmique, BDD …
•Encombrement •Fragilité mécanique
3–copyleft 4–copyleft
Introduction
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Architecture et technologie des ordinateurs
Systèmes Electroniques –Systèmes Numériques –Marchés –Applications Systèmes Electroniques –Systèmes Numériques –Marchés –Applications
N N
DUCTIO DUCTIO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)ADFarucm thriilatleencsst idusetroe Prs r aàou cCxeP spUsreoucressseurs
RO RO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)General PurposeProcessor
NT NT
I I
Analogique Numérique Compteur Multiplexeur …
Décodeur Additionneur
A la base de l’ElectroniqueNumérique Transistor MOS Porte NAND Bascule
Les processeurs numériques offrent de nombreux avantages : Wafer
Processeur
Boîtier
•Dépannage et maintenance •Temps de développement (TTM)
•Amélioration et mise à jour •Consommation Applications …
•Nombre de composants •Coût
•Encombrement •Sensibilité aux perturbations
5–copyleft 6–copyleft
https://www.youtube.com/watch?v=d9SWNLZvA8g
Systèmes Electroniques –Systèmes Numériques –Marchés –Applications Systèmes Electroniques –Systèmes Numériques –Marchés –Applications
N N
DUCTIO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)ADFarucm thriilatleencsst idusetroe Prs r aàou cCxeP spUsreoucressseurs DUCTIO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)ADFarucm thriilatleencsst idusetroe Prs r aàou cCxeP spUsreoucressseurs
RO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)General PurposeProcessor RO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)General PurposeProcessor
NT NT
I I
L’évolution du nombre de transistors embarqués on chip suit
la loi de Moore. Observons cette évolution en quelques chiffres :
Processeur Famille Fabricant Année Process Nombre de
transistors intégrés
4004 GPP Intel 1971 10um 2300
Cet enseignement s’appuie sur les compétences enseignées
8086 GPP Intel 1978 3um 29000
dans l’enseignement ‘’Circuits et architectures logiques’’
Pentium 4 GPP Intel 2001 180nm 42 Millions
assuré par M. Matthieu Denoual.
6xCoresCorei7 SandyBridge-E GPP Intel 2011 32nm 2270 Millions
Virtex-7 FPGA Xilinx 2011 28nm 6800 Millions
GK110 GPU Nvidia 2012 28nm 7100 Millions
7–copyleft 8–copyleft
Introduction
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Architecture et technologie des ordinateurs
Systèmes Electroniques –Systèmes Numériques –Marchés –Applications Systèmes Electroniques –Systèmes Numériques –Marchés –Applications
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DUCTIO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)ADFarucm thriilatleencsst idusetroe Prs r aàou cCxeP spUsreoucressseurs DUCTIO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)ADFarucm thriilatleencsst idusetroe Prs r aàou cCxeP spUsreoucressseurs
RO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)General PurposeProcessor RO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)General PurposeProcessor
NT NT
I I
Dans une grande partie des processeurs généralistes ou GPP
Familles de Processeurs Numériques
modernes, la majorité des transistors sont utilisés pour intégrer de
la mémoire cache. Prenons l’exemple de la gamme Corei7 Sandy
Bridge de Intel, gamme leader en 2012 des GPP embarqués dans
Architectures Généralistes Architectures Spécialisées
des ordinateurs de bureau (dernière famille Intel depuis 2013, la
famille Haswell) :
MCU AP GPP SOC FPGA DSP GPU/GPGPU
Micro Application General System Field Digital Graphical
Controller Processor Purpose On Programmable Signal Processor Unit
Unit Processor Chip Gate Processor (General
• FPGA/AP Array (spécialisé) Purpose)
Desktop • FPGA/MCU
Laptop • Analog/MCU
Server • AP
MainFrame • …
Embedded Systems
http://www.presence-pc.com 9–copyleft 10–copyleft
Systèmes Electroniques –Systèmes Numériques –Marchés –Applications Systèmes Electroniques –Systèmes Numériques –Marchés –Applications
N N
DUCTIO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)ADFarucm thriilatleencsst idusetroe Prs r aàou cCxeP spUsreoucressseurs DUCTIO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)ADFarucm thriilatleencsst idusetroe Prs r aàou cCxeP spUsreoucressseurs
RO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)General PurposeProcessor RO (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)General PurposeProcessor
NT NT
I I
Toutes ces familles de composants se programment en
• Focus sur les architectures à CPU : utilisant des langages de programmation (C/C++, Assembleur …)
Intéressons-nous aux familles de composants travaillant
autour d’une voire plusieurs unités centrales de traitement ou CPU’s.
Dans les grandes lignes, tous possèdent la même architecture :
Memory
Buses Pe
rip outputFile(Unix, format ELF)
h
Central erals outputFile.exe (DOS/Windows)
Processing outputFile.??? (autressystèmes)
Unit
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Introduction
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