3 - Architecture des ordinateurs et interfaces

Question 1

définition d’un ordinateur ?

Answer 1

Dispositif électronique programmable de traitement de l’ordinateur

Question 2

3 types d’ordi ?

Answer 2

• Industriels de contrôle de processus
• Personal Computer (PC)
• Embarqués (PC portable, smartphone …)

Question 3

Quels sont les trois grands composants d’un ordi ?

Answer 3

• Le processeur
• La mémoire
• Les entrées/sortie

Question 4

Qu’est-ce que le processeur ?

Answer 4

Unité centrale de contrôle et de calcul :
- unité arithmétique + calcul (ALU)
- Unité d’adressage de la mémoire
- Port d’entrées/sortie

Question 5

Unité de commande du proc ?

Answer 5

Dispositif de décodage de l’instruction et
séquenceur des instructions

Question 6

Unité arithmétique et logique du processeur ?

Answer 6

(ALU)
Exécute les opé logiques ou arithmétiques

Question 7

Registres du processeur ?

Answer 7

Mémoire locale très rapide qui permet de stocker des données temporaires ou des informations de commande et configuration.
Registre d’instruction, registre PC, SP,

Question 8

Qu’est-ce que la mémoire ?

Answer 8

dispositif de stockage des instructions du
processeur et des données : un nb donné de cellules d’une certaine taille qui accueillent les données/adresse

Question 9

Qu’est-ce que les entrées / sorties ?

Answer 9

= communications avec l’extérieur.
Entrées : clavier, souris, boutons …
Sorties : écran, imprimante, LED

Question 10

Qu’est-ce que les bus ?

Answer 10

Système de transfert de données entre plusieurs unités fonctionnelles de traitement de données.
= Ensemble de “fils”
Peuvent transformer différents types de signaux : adresses, données …

Question 11

Quelles sont les deux types d’architecture d’un ordinateur ?

Answer 11

• Architecture Von Neumann
• Architecture Harvard

Question 12

En quoi consiste l’architecture Von Neumann ?

Answer 12

Il y a un seul espace de stockage pour les données et les instructions : le CPU place l’adresse dans le bus d’adresse et le bus de données lui renvoie la donnée correspondante.

Question 13

Vitesse des données et efficacité de l’ordinateur ?

Answer 13

La vitesse des données dépend de l’élément le plus lent.
L’efficacité de l’ordi dépend directement du débit des données entre les différents composants.

Question 14

Comment ajouter l’espace entrées-sorties ?

Answer 14

• On les connecte directement au processeur (communication par instructions spécialisées)
• On les connecte à l’espace mémoire (espace d’adresse différent pour la mémoire et pour les E/S)

Question 15

En quoi consiste l’architecture Harvard ?

Answer 15

Deux espaces mémoires séparés : un pour les instructions, un pour les données.
A chaque fois une paire de bus : adresse + données
–> Accès simultanée à une donnée et à une instruction
–> Double la vitesse de fonctionnement
Complique la structure électronique.
Majoritairement abandonnée (utilisée dans certains microprocs)

Question 16

Dans le cas de l’architecture Harvard, à quoi est connecté l’espace E/S ?

Answer 16

Directement à la mémoire des données.
–> Mémoire à double accès : microproc + E/S
–> Les E/S peuvent écrire dans la mémoire pendant que le microproc lit des données

Question 17

Quelles sont les différentes étapes de l’exécution d’une instruction par le processeur ?

Answer 17

• Lecture du code de l’instruction à exécuter
• Décodage de l’instruction
• Lecture d’une donnée si nécessaire
• Exécution de l’instruction
• Ecriture des résultats en mémoire si nécessaire
• Passage à l’instruction suivante

Question 18

D’autres exemples de structures d’ordinateur ?

Answer 18

• Structure CISC pour améliorer le jeu d’instructions
• Structure RISC

Question 19

Comment sont représentées les instructions ?

Answer 19

Binaire : en 1 octet (A ou B) ou 2x8 bits : (AB).
On utilise le complément à 2 pour les signes, la virgule fixe/flottante en fonction du nb fixé/variable de décimales

Question 20

Quels sont les différents types d’instructions ?

Answer 20

• Transfert de données
• Opé arithmétiques
• Opé logiques
• Contrôle de séquence
• E/S
• Manipulation de données

Question 21

Structure d’une instruction ?

Answer 21

La taille peut varier.
Se découpe en différents champs (taille de l’instruction, contenu …)

Question 22

Deux ordres de lecture d’octet ?

Answer 22

MSB : octet le plus significatif en premier.
LSB : octet le moins significatif en premier.
–> différence entre les ordinateurs peut poser prbm.

Question 23

Pipeline ?

Answer 23

Plusieurs instructions sont exécutées en même temps. Donc parallélisme des sous-étapes de plusieurs instructions.
On appelle ça des étages (un étage = une instruction)

Question 24

Qu’est-ce que le cycle processeur ?

Answer 24

Le temps d’exécution d’un étage du pipeline.
–> Si les étages sont équilibrés, le temps d’exécution d’un étage = Temps d’un processeur sans pipeline / Nb d’étages
En réalité, Temps > Valeur théorique

Question 25

Quel est l'effet principal d'un pipeline ?

Answer 25

Il accroît le débit des instructions mais ne réduit pas le temps d'exécution d'une instruction (l'augmente d'ailleurs un peu)

Question 26

Quels sont les aléas du pipeline ?

Answer 26

- Aléas structurels : conflits de ressources - Aléas de données : une instruction dépend du résultat du précédente - Aléas de contrôle : les branchements qui modifient le PC Si un aléa survient, on doit suspendre le pipeline = on ne peut plus exécuter les instructions suivantes

Question 27

Outre le pipeline, d'autres techniques de parallélisme des instructions ?

Answer 27

- Processeurs superscalaires : - Processeurs VLIW

Question 28

Quelle sont les caractéristiques de la mémoire ?

Answer 28

- Taille = nb de données (binaires) qui peuvent être stockées - Temps d'accès = temps entre le moment où l'opé de lecture est lancée et celui où la lecture se fait effectivement - Temps de cycle = intervalle minimum de temps entre deux demandes successives de lecture/d'écriture - Débit = nb maximum d'info lues ou écrites par unité de temps

Question 29

A quoi servent les adresses dans la mémoire ?

Answer 29

A accéder à une cellule donnée. Bus d'adresse de n bits = 2^n cellules capacité de la mémoire = nb de cellules

Question 30

Deux types d'accès à la mémoire ?

Answer 30

- Accès direct (mémoires à semi-conducteurs) - Accès séquentiel (bandes magnétiques, disques)

Question 31

Stockage volatil vs non volatil ?

Answer 31

Volatil : l'info est perdue si l'alimentation est interrompue Non-volatil : l'info est conservée

Question 32

En quoi la mémoire influence la performance de l'ordinateur ?

Answer 32

Performance de l'ordi dépend du débit de la mémoire et de sa latence : Paramètres sur lesquels travailler : Latence : temps d’un accès à la mémoire (> cycle processeur) Bande passante : Nombre d’accès par unité de temps

Question 33

Principe de la mémoire cache ?

Answer 33

On utilise une mémoire de taille réduite mais + rapide. Le gros des accès mémoires des programmes se résume à quelques adresses : on met le reste de la mémoire programme dans le cache, ce qui augmente la vitesse des accès Si la donnée se trouve dans la mémoire cache, la latence est réduite = Succès (Hit) Si la donnée ne se trouve pas dans la mémoire cache, la latence est importante = Défaut On y met aussi les instructions exécutées et celles à proximité

Question 34

Quelles sont les propriétés des adresses locales de mémoire ?

Answer 34

- Localité temporelle : Si une adresse est utilisée, c’est très probable qu’elle le soit de nouveau dans le futur proche. - Localité spatiale : Si une adresse est utilisée, c’est très probable que l’adresse qui suit soit utilisé dans le futur proche.

Question 35

Classification de mémoire cache ?

Answer 35

En termes de : - Taille : Registres << SRAM << DRAM - Latence : Registre << SRAM << DRAM

Question 36

A quelle condition la mémoire cache est-elle efficace ?

Answer 36

Seulement si le nombre d’accès dans la mémoire de grande taille est plus réduit par rapport aux accès à la cache !

Question 37

Comment la décision de mettre ou non des données dans le cache se fait ?

Answer 37

Décision automatique. Le logiciel peut donner des indications : ne pas mettre en cache.

Question 38

Qu'est-ce que la DRAM ?

Answer 38

Dynamic RAM. - Taille + grande = bus d'adresse de taille importante --> multiplexage - Mémoire dynamique --> nécessité de rafraîchissement périodique (fait par le contrôleur de mémoire)

Question 39

Qu'est-ce que la SRAM ?

Answer 39

- Mémoire statique = pas de rafraîchissement nécessaire. - Pas de multiplexage - Temps d'accès = temps de cycle - Capacité 4 à 8 fois < à DRAM - Temps de cycle 8 à 16 fois < DRAM - + chère

Question 40

Qu'est-ce que la ROM ?

Answer 40

- Mémoire non volatile - Impossible d'écrire dedans post-fabrication PROM, PROM-OTP, EEPROM

Question 41

Mémoire virtuelle ?

Answer 41

Gère automatiquement les deux niveaux de hiérarchie mémoire. Espace mémoire supplémentaire présent sur le disque dur.