Créée le, 19/06/2015

 Mise à jour le, 02/09/2016

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Signets :
  Comment Travaille l'Ordinateur ?          Structure de l'Ordinateur      L'UC, L'Alimentation
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Comment Travaille l'Ordinateur ? Structure de l'Ordinateur :


PRÉFACE :

Le champ d'utilisation des ordinateurs est très vaste et leurs possibilités sont extraordinaires : ils peuvent en effet voir, lire, entendre, parler, diriger des missiles, jouer aux échecs, commander des machines-outils, apprendre et composer de la musique ...

Tout cela peut, sous un certain aspect, nous effrayer ; même les histoires drôles que l'on raconte sur les ordinateurs révèlent en général une peur de l'inconnu, un état d'infériorité à l'égard d'une intelligence éloignée et peut-être supérieure à la nôtre, la crainte de la concurrence et d'être remplacé dans son propre travail par le micro-ordinateur.

La peur de certains techniciens en électronique est d'être dépassés par une technologie qu'ils ne comprennent pas complètement. En fait, on entend souvent utiliser le terme "cerveau" au lieu d'ordinateur et vanter son intelligence.

Si l'on parle de cerveau, il est logique de penser qu'il est intelligent ; mais un cerveau électronique semblable au nôtre n'existe pas.

Un ordinateur n'est pas un cerveau et ne possède pas d'intelligence.

Au fur et à mesure que l'on avancera dans les leçons, on constatera qu'un ordinateur fait seulement des actions pour lesquelles il a été programmé. Il peut toutefois augmenter, faciliter et rendre plus rapides les capacités humaines.

C'est un outil que l'homme peut utiliser pour améliorer son confort et gagner du temps s'il sait s'en servir.

La puissance des ordinateurs va bien au-delà de celle que possèdent d'autres appareils car ils exécutent des programmes très complexes créés par l'homme.

Si l'on examine un ordinateur en détail, on constate qu'il reconnaît peu d'instructions ; il peut exécuter en particulier les tâches suivantes :

calculs mathématiques,

stockage et sélection de grandes quantités d'informations,

évaluation de la meilleure solution d'un problème.

L'ensemble des instructions constitue le programme ; celui-ci peut être changé facilement et rapidement mais sa préparation peut demander beaucoup de temps.

L'ordinateur est une machine programmable capable d'exécuter des tâches successives ou simultanées. De plus, étant composé de différentes parties, il peut être étendu ou modifié de façon à pouvoir s'adapter à des tâches différentes.

Il est très rare que les ordinateurs commettent des erreurs et certains sont conçus pour détecter cette éventualité.

Souvent, les erreurs sont dues au fait que le programme contient quelques instructions erronées.

En définitive, l'ordinateur n'est qu'un système électronique programmable, de traitement de données.

Si l'on regarde à l'intérieur d'un ordinateur, on s'aperçoit qu'il est constitué d'éléments électroniques qui nous sont désormais familiers : circuits imprimés, connecteurs, circuits intégrés, résistances, condensateurs, fils, interrupteurs, LED ...

Mais à l'intérieur de ces circuits intégrés, il y a des dizaines de milliers de transistors et l'ensemble travaille à une très grande vitesse : des centaines de milliers d'opérations élémentaires par seconde. Les ordinateurs peuvent produire une grande quantité de travaux dans un temps très inférieur à celui qui est nécessaire pour effectuer les mêmes tâches en utilisant n'importe quel autre moyen.

La puissance de l'ordinateur réside surtout dans sa vitesse de traitement et d'exécution des données et c'est pour cela que l'homme s'en sert.


HAUT DE PAGE 1. - COMMENT TRAVAILLE L'ORDINATEUR ?

On a vu dans la leçon précédente la structure générale d'un ordinateur et que le fonctionnement de celui-ci se base sur un programme. Ce dernier point est la caractéristique fondamentale de tous les ordinateurs. (Voir la 1ère leçon théorique).

VON NEUMANN s'était rendu compte que le problème était de faire en sorte que la machine sache, seule, quelle opération exécuter après avoir terminé la précédente. Ainsi, il était arrivé à faire exécuter les calculs en succession automatique, selon un programme préétabli.

La machine de VON NEUMANN est constituée d'un exécuteur rapide d'opérations élémentaires et d'un organe qui dispose la séquence selon laquelle les opérations doivent être exécutées ; elle garde en mémoire les valeurs des nombres qui entrent dans les opérations et leurs résultats.

Cette machine fut une invention merveilleuse à tel point qu'aujourd'hui encore, les ordinateurs sont réalisés sur le même principe.

Ils travaillent d'une façon dite séquentielle par le fait que les calculs sont exécutés en séquence. Mais, sous cet aspect, ils manifestent déjà leurs limites car les masses de données qu'ils traitent nécessitent des vitesses de traitement de plus en plus grandes que les circuits électroniques ne peuvent fournir.

A l'heure actuelle, on essaie de réaliser des réseaux d'ordinateurs, chacun effectuant simultanément une partie du travail.

Ce nouveau système est connu sous le nom de système à procédés parallèles. Il est déjà adopté pour les calculs scientifiques et il faudra attendre des années pour qu'il soit utilisé pour des applications ordinaires mais, quand cela arrivera, les systèmes de calcul auront atteint une augmentation énorme de capacité.

HAUT DE PAGE 2. - STRUCTURE DE L'ORDINATEUR

Dans la leçon précédente, on a examiné l'architecture d'un micro-ordinateur ; voyons maintenant en détail sa composition interne.

Sur la figure 1, est reproduit le schéma synoptique d'un ordinateur. Ce schéma est encore très abstrait mais ensuite, des détails viendront l'enrichir jusqu'à mettre en évidence les circuits d'un microprocesseur.

Schema_synoptique_d_un_ordinateur.GIF

On a déjà parlé des unités d'entrée et de sortie que l'on va examiner maintenant plus en détail.

2. 1. - UNITÉ D'ENTRÉE  (INPUT UNIT)

Elle est constituée de dispositifs capables d'introduire des données ou des instructions à l'intérieur de l'ordinateur et on peut la considérer composée de deux parties (figure 2).

Unite_d_entree__d_un_clavier.GIF  

La première partie est représentée par un clavier ou par d'autres dispositifs transducteurs qui transforment un mouvement ou un état extérieur (température, pression, position ...) en un signal électrique binaire.

La deuxième partie est généralement formée de circuits séquentiels et combinatoires qui ont pour fonction :

L'unité d'entrée exécute deux tâches principales :

Sur les ordinateurs individuels, on introduit programmes et données par l'intermédiaire de claviers pratiquement semblables à ceux des machines à écrire ou, dans les cas les plus simples, à ceux des calculatrices de poche. Chaque touche actionne un interrupteur (switch) à fermeture momentanée ; d'autres types d'interrupteurs à deux positions peuvent donner des ordres non momentanés.

Dans certains types d'ordinateurs avec interfaces, on utilise des transducteurs de signaux. On peut, par exemple, montrer sur un écran les résultats obtenus par l'ordinateur. Souvent, certaines interfaces font déjà partie de l'ordinateur tandis que d'autres sont des options.

2. 2. - UNITÉ DE SORTIE (OUTPUT UNIT)

Elle sert à véhiculer les données (informations) à l'extérieur de l'ordinateur. Elle aussi, comme l'unité d'entrée, peut être imaginée composée de deux parties (figure 3).

Unite_de_sortie_d_un_ordinateur.GIF

Le moyen le plus courant que l'ordinateur a pour communiquer avec l'usager est l'écran vidéo (ou moniteur vidéo) sur lequel apparaissent les nombres, les images et les graphiques. Il s'agit d'un écran semblable à celui d'un poste de télévision ; parfois même, en utilisant des interfaces appropriées, on peut utiliser un téléviseur comme moniteur vidéo.

En cas de manque d'écran vidéo, l'ordinateur peut être équipé d'un afficheur (display) généralement à LED.

Quand l'ordinateur est appelé à communiquer avec d'autres machines, par exemple pour contrôler certains travaux mécaniques, il est équipé d'actionneurs.

L'actionneur est un dispositif capable d'effectuer certaines manœuvres à la place de l'homme. Les compteurs, les électrovannes et les moteurs auxiliaires pour exécuter des ordres sont des actionneurs typiques.

2. 3. - LA MÉMOIRE (MEMORY)

La mémoire sert à conserver les programmes et les données ainsi que les résultats des opérations réalisées par le calculateur. Dans un système élaboré, on trouve d'habitude deux types de mémoires :

  • une mémoire principale, interne à l'ordinateur, généralement constituée de composants à semi-conducteurs,

  • une mémoire secondaire, ou de masse, externe à l'ordinateur, représentée par des disques ou bandes magnétiques.


Les mémoires sont caractérisées par le mode d'accès à l'information :

  • mémoires à accès aléatoire (Random Access Memories : RAM) dans lesquelles l'information peut être accessible à n'importe quel moment ; les mémoires à semi-conducteurs sont de ce type.

  • mémoires à accès séquentiel (Sequential Access Memories) dans lesquelles l'information souhaitée est accessible seulement après avoir passé en revue toutes celles qui la précèdent ; les mémoires à bande magnétique sont de cette catégorie.

La mémoire centrale de l'ordinateur est constituée par un ensemble d'emplacements (ou locations en anglais) dans lesquels est stockée l'information binaire (bits ou mots).

L'information peut être une donnée, une instruction ou une partie de celle-ci comme on le verra plus loin.

Chaque information est formée par un groupe de bits de longueur fixe.

On a les possibilités suivantes :

  • de 1 à 4 bits : mot utilisé par les systèmes pour le contrôle numérique,

  • 8 bits (octet) : mot utilisé par une grande partie des micro-ordinateurs,

  • 16 bits           : mot utilisé par les micro-ordinateurs de haut de gamme,

  • 32 ou 64 bits           : mot utilisé par les gros ordinateurs de type professionnel.

Note

Le mot américain Byte, que l'on assimile souvent à un octet (8 bits), signifie en réalité "mot" quel que soit le nombre de bits de ce mot.

La mémoire est définie par une adresse (nombre représentant l'emplacement dans l'espace mémoire) et une donnée qui est le contenu de l'information à l'adresse en question.

On peut représenter un espace mémoire comme sur la figure 4.

Une_Memoire_divisee_en_locations.GIF

HAUT DE PAGE 2. 4. - L'UC

L'Unité Centrale de calcul (UC), Central Processing Unit en anglais (CPU) est le cœur de l'ordinateur. Elle est composée essentiellement de deux parties : l'Unité Arithmétique et Logique (UAL, en anglais Arithmetic and Logic Unit ou ALU) et l'Unité de Commande (figure 5).

Schema_synoptique_UC.GIF

L'UC des micro-ordinateurs et des ordinateurs individuels est intégrée dans un seul dispositif : le microprocesseur.

Plus loin, nous verrons comment l'UC travaille et comment elle est formée à son tour par d'autres éléments (registres et compteurs).

A l'extérieur de l'UC se trouve l'horloge (CLOCK) : c'est le générateur d'impulsions qui donne le rythme à tous les circuits de l'ordinateur.

L'UAL effectue les opérations arithmétiques (sommes, soustractions) et les opérations logiques (AND, OR, EX-OR et ainsi de suite).

La cadence de l'horloge est déterminée de façon telle que l'UAL travaille au maximum de ses possibilités, c'est-à-dire de façon à exploiter au mieux sa vitesse.

La vitesse de l'UAL qualifie la performance de la machine ; par exemple, une multiplication est exécutée dans un temps compris entre un et dix millièmes de seconde par un micro-ordinateur, en un millionième de seconde par un mini-ordinateur très performant et en un temps plus faible par les ordinateurs scientifiques de type professionnel.

L'unité de commande gère le fonctionnement de l'UAL ainsi que l'échange de données et d'instructions avec la mémoire.

2. 5. - L'ALIMENTATION

Sur le schéma de la figure 1, ce module n'apparaît pas mais tous les ordinateurs ont besoin d'une alimentation qui leur donne la puissance électrique nécessaire.

Parfois, l'alimentation est incorporée dans l'ordinateur, parfois elle en est séparée.

Il arrive aussi qu'il faille augmenter la puissance de l'alimentation pour augmenter la capacité d'un ordinateur en y greffant d'autres composants tels qu'un groupe de mémoires ou des interfaces.

Les gros ordinateurs demandent des circuits stabilisateurs qui compensent les fluctuations de la tension du réseau responsable d'avaries (destructions de programmes en cours).

Dans certains cas, une alimentation de secours, utilisant des batteries, intervient automatiquement en cas de défaillance de la tension du secteur ; l'ordinateur peut poursuivre alors le déroulement d'un programme sans perdre les informations stockées en mémoire.

  Cliquez ici pour la leçon suivante ou dans le sommaire prévu à cet effet.   Haut de page
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