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Architecture matérielle
des systèmes informatiques

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Schéma type d'un système programmable

 

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Forme numérique de l'information traitée par un système informatique
Ce sont des pré-recquis indispensables pour aborder la suite..


Pré-recquis
(Vous pouvez sauter cette rubrique si vous connaissez bien ces questions)
Numération binaire et hexadécimale. Entiers Naturels
Représentation binaire des Nombres Entiers Relatifs
Représentation des Nombres réels
Représentation de caractères alphanumériques
Représentation d'états physiques
Représentation de grandeurs analogiques. Numérisation. Pourquoi numériser ?
  Architecture matérielle des systèmes informatiques :

Les ordinateurs professionnels ou personnels, PC,MAC, tablettes, sont construits à partir de circuits électroniques
d'un type particulier en ce sens que leur comportement dépend d'un programme informatique.

Rappelons qu'un programme est une suite de codes binaires écrits par des spécialistes nommés "programmeurs"
et ces codes sont enregistrés en séquence dans des mémoires internes à l'ordinateur.

Un module particulier, l'Unité Centrale de Traitement ( UCT - CPU Central Processing Unit),
lit et exécute séquentiellement ces codes, également nommés "instructions".

Cette exécution consiste, d'après les données insérées dans le programme
et celles fournies par les capteurs externes (clavier - souris - p. ex.)
à animer des dispositifs matériels externes (tel l'écran, les haut-parleurs, etc.)

Le comportement de ce type de machines dépend largement du programme enregistré en mémoire.

Ainsi, les diverses applications que peut exécuter un ordinateur correspondent à autant de programmes.
(p.ex. Editeurs de texte (Word) - Tableurs (Excel) - Visualisation de pages Web (Internet Explorer ou Mozilla FireFox)
e
tc. -

Le principal avantage de cette technique est qu'il suffit de chager le programme (ce qui se fait très rapidement)
pour changer totalement les fonctionnalités de la machine.

Les ordinateurs ne sont pas les seuls à fonctionner ainsi.

Nous retrouvons la même structure de logique programmée dans :

  • Les téléphones mobiles
  • Les ordinateurs professionnels ou personnels, PC,MAC, tablettes, téléphones mobiles,
  • Les automatismes robotisant les machines de production industrielle,
  • Les cartes électroniques gérant le fonctionnement de multiples outils sophistiqués à usage professionnel,
  • Les cartes électroniques gérant le fonctionnement de multiples auxiliaires domotiques :
    • climatisation autorégulée - sécurité - surveillance - alarmes -
  • ou domestiques :
    • machines à café - à laver - réfrigérateurs - aspirateurs - robots domestiques - etc...
  • etc...etc...etc...

Dans ce type d'applications, les informations externes prises en compte par l'unité centrale peuvent être des grandeurs telles que des températures, des vitesses, des cotes de positionnement, la présence ou non de tel fluide, etc...
Les commandes délivrées par l'unité centrale peuvent être l'établissement ou la coupure d'un courant d'alimentation ou de chauffage, l'ouverture ou fermeture d'une vanne, des informations visuelles sur afficheur alphanumérique ou sur écran etc...

Ce premier chapitre expose la constitution commune à tous ce systèmes en modules fonctionnels :

  • Unité centrale (exécutant le programme)

  • Mémoires (mémorisent le programme ou des informations)

  • Interfaces d'entrée de données numériques
    (acquièrent des données numériques ses les capteurs du système électromécanique externe à gérer...)

  • Interfaces de sortie de données numériques
    (fournissent des informations aux actionneurs du système électromécanique externe à gérer...)

  • Contrôleurs internes auxiliaires divers

Pour chacun de ces modules seront successivement exposés les points suivants :

  • la fonction qu'il remplit
  • son interconnexion physique avec les autres modules.
  • l'échange de données entre composants
    impliquant une chronologie précise
    basée sur des signaux de synchronisation.
Mémoires

II°
Fonction mémoire : adressage - capacité - sélection - échantillonnage -
Persistance : RAM - EPROM - EEPROM - DRAM
Performances : SDRAM - EDO - etc.
Mémoires magnétiques.
Mémoires associatives , caches
Unité centrale - bases théoriques -

III°
UC et microprocesseurs : constitution externe et interne.
ALU (Unité Arithmétique & Logique) Opérations arithmétiques & logiques.
Cycles d'accès mémoire (lecture, écriture)
Cycle d'instruction - Instructions - CISC - RISC - Programme - Procédures -
Accès direct en mémoire : canaux DMA.
Interfaces d'entrée en mode parallèle

IV°
Outils d'entrées - sorties : Bascules trois états.
Sélection - échantillonnage.
Interfaces de sortie en mode parallèle

Outils de sortie : bascules à verrouillage (Latch)
Sélection (Préparer tel dispositif à sa validation) - Echantillonnage (Valider - rendre actif à tel instant).
Interfaces d'entrées-sorties combinées

VI°
PIA (Parallel Input-Output) Interfaces d'acquisition de données présentées en parallèle
Interfaces de communication sériels

VII°
UART (Unité de réception ou transmission Asynchrones) - USB (Universal Serial Bus)
Interruptions matérielles (du déroulement du programme)

VIII°
Mécanisme des interruptions
Gestion de la pile
Contrôleurs d'interruption
Accès Direct en Mémoire - DMA -

IX°
Mécanisme de DMA - Contrôleurs -
Cartes Mères d'ordinateurs bureatiques

Types de cartes actuelles - Chipset -
Les BUS particuliers

XI°
ISA - PCI - AGP - USB - SCSI - PCMCIA - CAN

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