Architecture des Ordinateurs

D’après un dictionnaire Hachette, un ordinateur est une machine capable d’effectuer automatiquement des opérations arithmétiques et logiques (à des fins scientifiques, administratives, comptables, etc) à partir des programmes définissant la séquence de ces opérations.

Comme première idée de ce qui se passe dans cette machine, on peut considérer deux aspects :

-la machine perçue par l’utilisateur, c’est-à-dire les interactions de l’utilisateur avec la machine au travers des périphériques, dispositivfs externes à l’unité centrale: clavier, souris, écran, imprimante, disquette, etc..

-la machine invisible à l’utilisateur, la boîte noire qui continet en fait des unités fonctionnelles, comme l’automate, la partie de calcule et la mémoire.

Toute action de l’utilisateur se traduit par l’exécution d’une séquence d’opérations en faisant intervenir ces unités.

L’achitecture des ordinateurs peut être définie comme l’étude des parties de ces machines, visibles pour les programateurs. Elle s’occupe donc de la description des composantes de l’ordinateur et aussi de leur fonctionnement. Les bases arithmétiques et logiques nécessaires pour comprendre ce fonctionnement constituent la première partie du problème mais cette partie fait l’objet d’un autre livre. Dans cet ouvrage on présente la structure et le fonctionnement de chaque unité existente dans un ordinateur: l’unité centrale, avec ses registres, sa mémoire et l’exécution des intructions, l’unité de mémoire, l’unité d’entrées/sorties, l’unité de commande et contrôle, l’arhitecture des jeux d’instructions etc.

1.1. STRUCTURE GÉNÉRALE D’UN ORDINATEUR

Les quatre principaux composantes d’un ordinateur sont:

-L’unité centrale (UC);

-L’unité de mémoire (UM);

-L’unité d’ Entrées/Sorties( U E/S)

-Les interconnections ( les BUS).

Périphérique 1

Périphérique 2

Périphérique n

BUS

Les rôles des composantes de l’ordinateur

-L’unité centrale (UC) contrôle toutes les composantes, en exécutant les instructions d’un programme et effectue des calcules arithmétiques et logiques.

-La mémoire (UM) garde le programme en cours d’exécution et les données associées.

-L’unité d’Entrées/Sorties relie le système au monde externe à travers les unités périphériques (écran, clavier, disques, bandes magétiques, réseaux,etc).

-Les bus sont:

-bus d’adresse, qui ont le rôle de véhiculer l’adresse mémoire ou d’unité E/S engendrée par l’UC ( et dans certains cas par d’autres unités de contrôle).

-bus de données, qui ont le rôle de véhiculer l’information (instructions, données) entre l’UC, mémoire et les unités d’E/S.

-bus de contrôle, qui ont le rôle de véhiculer les signaux employés par l’UC pour le contrôle du système (adresse mémoire valide, adresse E/S valide, lecture/écriture, attente, interruptin, etc.)

Le principe de fonctionnement d’un ordinateur est relativement simple. Dans l’UM il y a des programmes, chaque programme ayant un nombre d’instructions.

Les cycles d’exécution d’une instruction sont les suivantes:

-Le cycle d’extraction de l’instruction (instruction fetch). L’UC lit dans la mémoire l’adresse de l’instruction, instruction à un nombre de bits, en fonction de l’architecture de l’ordinateur, d’habitude multiple de 8 . Puis l’instruction lue est portée sur le bus et mise dans un registre de l’UC.

-Le cycle dans lequel on cherche les opérandes. Toute instruction travaille avec des opérandes, des élément qui participent à des opérations. Entre les opérandes a lieu une opération inscrite dans un camp de l’instruction, le code de l’instruction (opcode). En cette étape il faut dépister les adresses des opérandes (sources ou résultats). Les opérandes peuvent se trouver dans les registres générales de l’UC ou dans une adresse de mémoire. À la fin de ce cycle, il faut que les adresses des opérandes participants à l’instruction se trouvent dans l’UC.

-Le cycle de transfert des opérandes dans l’UC. Les opérandes sont transférés des registres généraux ou de la mémoire, dans les registres fonctionnels de l’UC.

-Le cycle de l’exécution. L’exécution, proprement dite, de l’instruction a lieu.

-Le cycle de stockage du résultat. Toute instruction a pour but final un résultat qui peut être un opérande , dans le cas des instructions arithmétiques, ( par exemple la somme pour un code d’adition, le produit pour un code de multiplication) ou la position d’un indicateur, dans le cas des opérations logiques, (par exemple, dans le cas de la comparaison entre deux opérandes, la position de l’indicateur z=1 pour l’identité des deux opérandes).

À la fin de ce cycle, qui signifie aussi la fin de l’exécution de l’instruction, on calcule l’adresse de la suivante instruction et l’adresse où sera portée la suivante instruction.

L’exécution d’un programme signifie l’exécution successive de ses instructions. Les programmes qui composent le système d’exploitation assurent la gestion des ressources (processeur, mémoire, E/S) et font la liaison avec les programes d’application.