Architecture

Von Neumann

Un peu d'histoire

Alan Turing

En 1936, Alan Turing, décrit une machine abstraite qu’il a inventée pour expliquer la notion de « procédure mécanique » : on parle d’algorithme.
Cette machine est la plus élémentaire possible destinée à mettre en oeuvre des mécanismes de calcul, nu- mériques ou symboliques.

ENIAC

Le département américain de la Défense finance un projet ambitieux lancé en 1943 qui aboutira à la construction d’un grand calculateur électronique, l’ENIAC.
Il avait des dimensions imposantes : plus de 20 m de long, 2,50 m de haut, 30 tonnes. Comportant 18 000 tubes électroniques.
Les données étaient lues sur cartes perforées, mais le programme était représenté sur un support externe, sous la forme d’un panneau de connexion analogue à celui d’un standard téléphonique.

Von Neumann

En 1944, John von Neumann dans le projet de conception de l’EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), le successeur de l’ENIAC.
Dans un document de travail, Von Neumann va décrire un schéma d’architecture de calculateur, organisé en trois éléments (unité arithmétique, unité de commande et mémoire contenant programme et données).
Le modèle d’architecture, qui marque une transition profonde avec les pratiques antérieures, reste d’une étonnante actualité.

Architure de Von Neumann

On y retrouve :
  • Une unité de commandes qui organise le flot de séquencement des instructions.
  • Une unité arithmétique, chargée de l’exécution proprement dite de ces instructions
  • Un emplacement mémoire qui contient indifféremment des instructions et des données. Une idée, présente en germe dans la machine de Turing, trouve ici sa concrétisation : Un programme peut être considerer comme une donnée pour un autre.

Source: Interstice

Architure Actuelle

Les évolutions :
  • Les entrées-sorties, initialement commandées par l’unité centrale, sont depuis le début des années 1960 sous le contrôle de processeurs autonomes.
  • Les ordinateurs comportent maintenant des processeurs multiples, qu’il s’agisse d’unités séparées ou de « cœurs ».

Source: Interstice
Pour des raisons économiques, les mémoires sont en général divisées en plusieurs familles traitées, la plupart du temps, différemment par le système d'exploitation3. Par ordre de coût croissant, on peut distinguer :
  • Mémoire de masse (externe au processeur, remanante)
    sert à stocker à long terme des grandes quantités d'informations.
  • Mémoire vive (RAM) (externe au processeur, volatile)
    espace principal de stockage du microprocesseur, mais dont le contenu disparaît lors de la mise hors tension de l'ordinateur ;
  • Mémoire cache (externe au processeur, volatile)
    sert à conserver un court instant des informations fréquemment consultées. Les technologies des mémoires caches visent à accélérer la vitesse des opérations de consultation. Elles ont une très grande vitesse, et un coût élevé pour une faible capacité de stockage ;
  • Registre de processeur (intégré au processeur, volatile)
    Ce type de mémoire est très rapide mais aussi très cher et est donc réservé à une très faible quantité de données.

Source : Olga Samy Modeliar

Unité arithmétique et logique

Les UAL élémentaires calculent sur des nombres entiers, et peuvent effectuer les opérations communes, que l'on peut séparer en quatre groupes :

  • Les opérations arithmétiques : addition, soustraction, changement de signe, etc.
  • les opérations logiques : compléments à un, à deux, et, ou, ou-exclusif, non, non-et, etc.
  • les comparaisons : test d'égalité, supérieur, inférieur, et leur équivalents « ou égal ».
  • éventuellement des décalages et rotations (mais parfois ces opérations sont externalisées).

Shématisation des UAL

La figure ci-contre représente un schéma classique d'UAL.
  • A et B des entrées sur lesquelles on présente les données à traiter.
  • L'entrée F désigne l'opération à effectuer.

Source : Wikipédia

Shématisation des UAL

L'UAL possède aussi deux sorties, R qui est le résultat de l'opération, et D les éventuels drapeaux.
  • Report indique la retenue résultant d'une addition ou soustraction, ou le bit de dépassement d'une opération de décalage binaire.
  • Zéro, indique que tous les bits de R sont égaux à zéro.
  • Négatif, indique que le résultat de l'opération arithmétique est négatif.
  • Débordement, indique que le résultat d'une opération arithmétique a excédé la capacité numérique de R.

Source : Wikipédia

Unité de contrôle

L'unité de contrôle permet d’exécuter les instructions (les programmes) elle joue le rôle de « chef d’orchestre » : récupération des instructions et des données pour les envoyer à l’ALU.

Unité de contrôle

Question 1

Un ordinateur possède les caractéristiques matérielles suivantes :
mémoire DDR SDRAM : 8 Go
antémémoire (mémoire cache) : 1 Mo
disque dur SSD : 1 To

Parmi les classements ci-dessous lequel est celui de l’accès mémoire le plus rapide au moins rapide ?

Réponses :
A- Antémémoire puis SDRAM puis SSD
B- SSD puis Antémémoire puis SDRAM
C- SSD puis SDRAM puis Antémémoire
D- SDRAM puis SSD puis Antémémoire

Question 2

Parmi tous les registres internes que possède une architecture mono-processeur, il en existe un appelé compteur ordinal (program counter).
Quel est le rôle de ce registre ?

Réponses :
A- il contient l'adresse mémoire de la prochaine instruction à exécuter
B- il contient le nombre d'instructions contenues dans le programme
C- il contient l'adresse mémoire de l'opérande à récupérer
D- il contient le nombre d'opérandes utilisés

Question 3

En informatique, que signifie l'acronyme ROM ?

A- Rewrite Only Memory
B- Reset Only Memor
C- Read Only Memory
D- Recall Only Memo

Question 4

Quel est le principal rôle d’une carte mère dans un ordinateur ?

Réponses :
A- stocker les informations en mémoire vive
B- exécuter les instructions en langage machine
C- reproduire le processeur en plusieurs exemplaires
D- connecter les différents composants de l'ordinateur

Question 5

Dans l’architecture générale de Von Neumann, la partie qui a pour rôle d’effectuer les opérations de base est :

Réponses :
A- l'unité de contrôle
B- la mémoire
C- l'unité arithmétique et logique
D- les dispositifs d'entrée-sortie

Question 6

Laquelle des mémoires suivantes est volatile ?

Réponses :
A- RAM
B- disque dur
C- ROM
D- clef USB

Question 7

À quoi sert la RAM dans le fonctionnement d'un ordinateur ?

Réponses :
A- à stocker des données lors de l'exécution de programmes
B- à stocker des fichiers
C- à relier les périphériques
D- à accélérer la connexion à Internet

Question 8

La mémoire RAM :

Réponses :
A- ne fonctionne qu'en mode lecture
B- ne fonctionne qu'en mode écriture
C- conserve les données en cas de coupure de l'alimentation
D- perd les données en cas de coupure de l'alimentation

Question 9

Quelles sont les quatre parties distinctes de l’architecture de Von Neumann ?

Réponses :
A- L’unité logique, l’unité de contrôle, la mémoire et les dispositifs d’entrée-sortie
B- L’écran, le clavier, le disque dur et le micro-processeur
C- Le disque dur, le micro-processeur, la carte-mère et la carte graphique
D- La mémoire des programmes, la mémoire des données, les entrées-sorties et l’unité logique

Question 10

Quel composant électronique, inventé vers le milieu du 20e siècle, a permis le développement des ordinateurs actuels ?

Réponses :
A- le condensateur
B- la résistance
C- le transistor
D- la diode

Question 11

Quel est l'élément qui ne fait pas partie de l'architecture du modèle de Von Neumann ?

Réponses :
A- l'unité d'entrée
B- l'unité arithmétique et logique
C- la mémoire centrale
D- l'unité d'affichage

Question 12

Quel est le rôle de l’unité arithmétique et logique dans un processeur ?

Réponses :
A- réaliser les branchements
B- définir la base des opérations arithmétiques : binaire, octale ou hexadécimale
C- effectuer les calculs
D- gérer le contrôle interne du processeur

Question 13

Lorsqu'un utilisateur lance une application, le système d'exploitation va l'ouvrir dans :

Réponses :
A- un espace disponible du disque SSD
B- un espace disponible du disque HDD
C- un espace disponible de la RAM
D- un espace disponible de la ROM

Question 14

Dans une mémoire RAM, que peut-on faire ?

Réponses :
A- uniquement lire des données
B- uniquement lire des données
C- lire et écrire des données
D- lire des données même en cas de coupure de courant

Question 15

Sur un ordinateur, où est stocké de manière permanente le système d'exploitation ?

Réponses :
A- dans la mémoire RAM
B- sur le bus de donnée
C- sur le disque dur ou le disque SSD
D- dans le Cloud

Question 16

Parmi ces composants électroniques, lequel est d'échelle microscopique dans un ordinateur ?

Réponses :
A- le bus
B- le radiateur
C- le transistor
D- le disque dur

Question 17

Dans un ordinateur, que permet de faire la mémoire vive ?

Réponses :
A- Stocker les données de façon permanente
B- Afficher les informations sur l’écran
C- Réaliser les calculs
D- Stocker les données de façon temporaire

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