Architecture matérielle

Schéma bloc d'un ordinateur

Les éléments qui composent un ordinateur sont :

• L'unité centrale ou CPU « Central Processing Unit » se charge d'exécuter les instructions des programmes et traite les données. C'est, comme son nom l'indique, l'élément central du système, en quelque sorte son cerveau. La puissance du CPU est liée en grande partie à sa fréquence. Celle-ci est exprimée en MHz ou en GHz.
• La mémoire
  • principalement la RAM Random Acces Memory ou mémoire vive.
  • la mémoire morte ROM Read Only Memory qui dans un PC contient les fonctions de base du BIOS
  • une partie du disque sert à simuler un supplément de mémoire.
    On parle alors de « mémoire virtuelle » ou de swap
• Les I/O « input/output » sont les circuits qui contrôlent les entrées et les sorties.
• Les disques

  Les disques servent de mémoire de masse. On en trouve de deux sortes : 1° les disques durs, ce sont des unités de stockage magnétique et 2° les disques SSD (Solid State Drive) construits à partir de mémoires flash.
  Les disques ont une capacité allant de plusieurs centaines à  plusieurs milliers de giga octets. (1000 Go = 1To)
  Les disques sont relativement lents par rapport au reste des composants de l'ordinateur. Leurs temps d'accès sont de l'ordre de la milliseconde pour les disques dur et du dixième de milliseconde pour les disques SSD.
  Les CD-ROM et les DVD sont des unités de stockage optique. Ils sont plutôt destinés à l'archivage.

Adressage mémoire

La mémoire doit être vue comme une suite de cases ou cellules d'un octet chacune.
Ces cellules contiennent les données et les codes enregistrés dans la mémoire.
Chaque cellule est repérée par un numéro unique : son adresse.
Les adresses et le contenu de la mémoire sont toutes des valeurs binaires mais on les représente généralement en hexadécimal.

Les registres d'entrées/sorties sont eux aussi organisés de la même manière : des cellules d'un octet, ayant chacune une adresse unique.

Les bus

Un bus est un ensemble de conducteurs électriques qui transportent des signaux que partagent plusieurs composants. L'ensemble de ces lignes mises en commun par le CPU et les dispositifs qui lui sont connectés est appelé  bus processeur,  bus système ou encore  front side bus (FSB).  Il regroupe trois bus distincts pour véhiculer trois types de signaux : les adresses, les données et les signaux de contrôle.

1. Le bus d'adressage (Address Bus) sur lequel le processeur envoie les adresses des cellules mémoire et des entrées/sorties auxquelles il veut accéder
2. Le bus de données (Data Bus) est bidirectionnel puisque le processeur l'utilise pour lire et pour écrire en mémoire ou dans les I/O
3. Le bus de contrôle (Control Bus) véhicule tous les autres signaux de commande et de synchronisation. Le CPU utilise par exemple l'un de ces signaux pour indiquer le sens des transferts sur le bus de données (lecture ou écriture).
   C'est par un autre de ces conducteurs que les mémoires signalent quand elles sont prêtes pour répondre à une commande de lecture.

Le bus de données

Il sert à véhiculer les données entre le processeur et la mémoire ou les circuits d'entrées/sorties. Le bus des données est commandé par le CPU, les autres composants y sont connectés à tour de rôle pour répondre aux commandes de lecture ou d'écriture du processeur.

Le débit des données véhiculées par ce bus dépend d'une part des vitesses de transmission ou plus exactement de la capacité des composants à saisir rapidement les signaux des bus et à y répondre aussi vite. La cadence de ces signaux est liée à fréquence de la carte mère.

La largeur du bus est le second critère qui va influencer le débit des transmissions des données. Plus le bus est large et plus important sera le nombre de données qui pourront être véhiculées simultanément. La largeur du bus de donnée peut être comparée au nombre de voies de circulation d'une autoroute.

Les premiers microprocesseurs qui ne pouvaient traiter que 8 bits simultanément avaient un bus de données de 8 bits. Actuellement, les microprocesseurs traitent en général les données par mots de 32 ou 64 bits. Le bus de donnée est de  64 bits ce qui lui permet de véhiculer plus de données en parallèle.

 

Le bus d'adressage

Chacun des conducteurs du bus d'adressage peut prendre deux états, 0 ou 1. L'adresse est donc transmise sous forme binaire. La quantité d'adresses qui peuvent ainsi être formées est égale à deux exposant le nombre de bits d'adresse.

Le processeur 8088 qui équipait des premiers PC n'avait que 20 lignes d'adresse. Il pouvait donc accéder à 2²⁰ adresses différentes soit 1 Mo. C'est pour cette raison que le DOS qui date de cette époque ne peut pas adresser la totalité de la mémoire des systèmes actuels. Le nombre de lignes du bus d'adresse a ensuite évolué avec les différentes générations de processeurs.