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RÉSUMÉ
L'article commence par une brève histoire des machines informatiques et introduit ensuite les principes de base de l'architecture des ordinateurs. Il présente les notions nécessaires avant d'aborder les principes et techniques utilisées pour optimiser les différents organes constituant un ordinateur, ainsi que leur interaction. Il introduit les différents paradigmes qui ont influencé l'évolution des architectures, en mettant en évidence l'origine historique de ces notions. Il montre, à chaque étape, les différents facteurs humains et technologiques qui ont agi sur la conception de ces machines, et présente les grandes techniques qui ont permis d'augmenter de façon spectaculaire la puissance de traitement de ces machines.
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François ANCEAU : Ingénieur INPG Grenoble - Professeur émérite au CNAM
-
Daniel ETIEMBLE : Ingénieur INSA Lyon - Professeur à l'université Paris Sud
INTRODUCTION
L'objectif de ce document est de servir d'introduction à une série d'articles traitants, de manière approfondie, l'architecture des ordinateurs. Nous commençons par « une brève histoire des machines informatiques » suivie d'une « introduction aux principes architecturaux de base des ordinateurs ». Ces documents introductifs ne prétendent évidemment pas à l'exhaustivité. Leur objectif est :
-
de présenter les notions de base qui vont permettre d'aborder de manière approfondie les différents principes et techniques utilisées pour optimiser les différents organes constituant un ordinateur ;
-
d'introduire les différents paradigmes qui ont influencé cette évolution ;
-
de mettre en évidence l'origine historique de ces notions, principes et paradigmes ;
-
de montrer l'importance, à chaque étape, des différents facteurs humains et technologiques qui ont agi sur la conception de ces machines ;
-
de présenter les grandes techniques qui ont permis d'augmenter de façon spectaculaire la puissance de traitement de ces machines.
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Brève histoire des machines informatiquesArticle inclus dans l'offre
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4. Annexe
La machine considérée est comparable aux ordinateurs du début des années 1960 ou aux premiers microprocesseurs (début des années 1970).
Registres :
R0, …… R14 registres généraux
PI pointeur d'instructions
RI registre instruction
RAD registre adresse de la mémoire
Commandes de l'UAL :
op opération à effectuer
re retenue entrante
comp complémentation de l'entrée b
RZ mise à 0 du registre b
La mémoire contient les programmes et les données. Les registres contiennent les données sur lesquelles opèrent les instructions actuellement exécutées par la machine. Le registre PI est le pointeur d'instructions. Celui-ci contient l'adresse de l'instruction suivante à exécuter. L'Unité Arithmétique et Logique (UAL) effectue les opérations arithmétiques et logiques nécessaires à l'exécution des instructions.
D'un point de vue électronique, chaque cycle commence par les actions combinatoires et se termine par le chargement simultané des registres concernés (voir chronogramme).
Exécution de l'instruction SUB R1, R2 (R1 <= R1 – R2)
1) Lecture d'instruction (phase 1)
1er cycle (appelé premier cycle de lecture d'instruction ) : préparation à la lecture de l'instruction en mémoire (aussi appelée fetch ) et à l'incrémentation du pointeur d'instructions.
Ce cycle est systématique et indépendant de l'instruction à exécuter.
Ce cycle se termine en envoyant les registre PI dans le registre a d'entrée de l'UAL et simultanément dans le registre RAD d'adressage de la mémoire. En même temps, le registre b d'entrée de l'UAL est mis à 0 et sa retenue entrante est mise à 1 pour préparer l'incrémentation.
Paramètres du cycle :
a <= PI
RZ (b) (soit b<= 0)
re <= 1
RAD <= PI
2) Lecture d'instruction (phase 2)
2e...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MOUNIER-KUHN (P.E.) - L'informatique en France – L'émergence d'une science. - PUPS (2010).
-
(2) - ANCEAU (F.) - De von Neumann aux super-microprocesseurs. - Dans : Qu'est-ce que les technologies, éd. MICHAUD (Y.), Odile Jacob, vol. 5, p. 89-104 (2001).
-
(3) - Qui a inventé l'ordinateur ? - Les cahiers de Science et Vie, Grands ingénieurs, hors série, no 36, déc. 1996.
-
(4) - ICHBIAH (D.) - Bill Gates et la saga de Microsoft. - Pocket (1995).
-
(5) - KIDDER (T.) - Eagle. - Flammarion (1982).
-
(6) - BELL (C.G.), NEWELL (A.) - Computer structures : readings and examples. - McGraw-Hill (1971).
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