Aspects Mat riel et logiciels du traitement de linformation

1. Aspects Mat�riel et logiciels du traitement de l'information Cours de PCEM 2 F. KOHLER f.kohler@chu-nancy.fr

2. 2 Objectifs Conna�tre le principe de fonctionnement d�un micro-ordinateur Etre capable de distinguer les diff�rents types de syst�mes d�exploitation Etre capable de citer et d�indiquer l�usage des diff�rents p�riph�riques Etre capable d�indiquer le principe du codage binaire de l�information notamment appliqu�s aux caract�res

3. 3 Plan Un peu d'histoire Anatomie fonctionnelle Biologie cellulaire Du gros ordinateur au palm top Physiologie g�n�rale : Les syst�mes d'exploitation Anatomie d�taill�e Physiologie sp�cialis�e : Les logiciels applicatifs Pathologie : Virus et autre Traitement : Maintenance et sauvegarde

4. 4 Un peu d�histoire La cellule vivante utilise des syst�mes de type digital : code g�n�tique, influx nerveux... Les ordinateurs traitent de l'information digitale, fondamentalement discontinue : chiffres ou des caract�res, par opposition � l'information analogique qui, elle, a un caract�re continu : tensions �lectriques... L�information �l�mentaire est caract�ris�e par la pr�sence ou l�absence d�une certaine tension sur un conducteur. On note 1 la pr�sence de la tension et 0 l�absence. Cette information �l�mentaire est le bit L�objectif est de traiter automatiquement l�information soit en vue D�automatiser des actions comme : R�aliser des calculs num�riques (addition, soustraction�) R�aliser des processus industriels D�automatiser des d�monstrations : calcul symbolique, d�monstration de th�or�mes�

5. 5 La machine de Pascal 17 i�me si�cle : Pascal invente la machine � calculer � roues dent�es qui permet de r�aliser l'addition et la soustraction. La machine est constitu�e de roues comportant 10 positions (de 0 � 9) et chaque fois qu'une roue passe de la position 9 � la position 0, la roue imm�diatement � gauche avance d'une position. L'unit� arithm�tique de nos ordinateurs fonctionne sur le m�me principe, des circuits �lectroniques ont remplac� les roues. Leibnitz lui a ajout� la multiplication et la division.

6. 6 Les applications industrielles Les jacquemarts sont les anc�tres des automates � s�quences qui fleurissent dans l'industrie (programmeur de machine � laver...). On les appelle calculateurs � programme int�rieur ou fig� car ils sont condamn�s � ex�cuter la m�me s�quence : le m�me programme Au 19 i�me si�cle Babbage a l'id�e de reprendre les concepts d�velopp�s par jacquard pour l'automatisation des m�tiers � tisser avec la notion de programme ext�rieur. La machine de Babbage devait (elle n'a jamais �t� termin�e) lire une carte perfor�e, d�finissant une op�ration � effectuer; ex�cuter l'op�ration; lire la carte suivante etc... Ce type de machine ne sait ex�cuter que des s�quences. Toute d�cision d�pendant du r�sultat d'un calcul doit �tre r�alis�e par l'homme.

7. 7 La naissance des ordinateurs 1945 Von Neumann : Machine � programme enregistr�. Elle permet le branchement conditionnel : suivant la valeur d'un r�sultat pr�c�demment obtenu, positive ou n�gative par exemple, la machine devra ex�cuter telle ou telle partie du programme. La plupart des ordinateurs actuels fonctionne selon le sch�ma de Von Neuman.

8. 8 Anatomie fonctionnelle M�me si dans un micro-ordinateur, tout est condens� dans un seul bo�tier, on distingue : L'unit� centrale Compos�e de L'unit� arithm�tique et logique effectue sur les donn�es qu'elle re�oit les traitements command�s par l'unit� de contr�le L'unit� de contr�le extrait de la m�moire centrale la nouvelle instruction � ex�cuter, analyse cette instruction et �tablit les connexions �lectriques correspondantes dans l'unit� arithm�tique et logique; elle extrait de la m�moire centrale les donn�es sur lesquelles porte l'instruction, elle d�clenche le traitement des donn�es dans l'unit� arithm�tique et logique et �ventuellement range le r�sultat dans la m�moire centrale. Dans les micro-processeurs, l'unit� de contr�le et l'unit� arithm�tique et logique sont rassembl�es dans le m�me circuit �lectronique. La m�moire centrale La m�moire centrale contient deux types d'informations : Les instructions du programme que la machine devra ex�cuter. Le programme est enregistr� en m�moire avant le d�but de son ex�cution Les donn�es ou op�randes sur lesquelles la machine effectuera les traitements dict�s par les instructions. Les unit�s d'�change et les unit�s p�riph�riques Elles permettent � la machine de communiquer avec l'ext�rieur. Dans un micro-ordinateur, tout ceci est rassembl� sur la carte m�re.

9. 9 Anatomie fonctionnelle

10. 10 Fonctionnement interne La m�moire centrale Elle peut �tre consid�r�e comme form�e d'un ensemble de cellules pouvant contenir une information appel�e mot. En fran�ais, les mots sont compos�s de lettres et de chiffres et peuvent avoir des longueurs diff�rentes : Informatique : 12 lettres Fille : 5 lettres En informatique, les mots sont compos�s de bit pouvant prendre les valeurs 1 ou 0 et leur longueur est fixe (8, 16, 32� bit) Les cellules sont num�rot�es et l'unit� de contr�le conna�t chaque cellule par son num�ro : son adresse. La m�moire centrale est limit�e en taille et volatile, toutes les informations vont �tre perdues en cas de coupure de courant ou de plantage.

11. 11 Fonctionnement interne La m�moire centrale et l�unit� de contr�le L'unit� de contr�le peut lire le contenu d'une cellule donn�e ou �crire une information dans une cellule d'adresse donn�e. Pour r�aliser cela, l'unit� de contr�le fournit l'adresse de la cellule concern�e dans un registre associ� � la m�moire centrale : le registre d'adresse ou de s�lection m�moire. Dans le cas d'une lecture, l'information contenue dans la cellule est transf�r�e dans un deuxi�me registre : le registre mot ou d'�change. Dans le cas d'une �criture, l'information contenue dans le registre mot est transf�r�e dans la cellule, effa�ant et rempla�ant l'ancien contenu de la cellule.

12. 12 Fonctionnement Interne Le programme Il se compose d'instructions rang�es s�quentiellement en m�moire. A la fin de l'instruction d'adresse A, le calculateur encha�ne automatiquement sur l'instruction d'adresse A+1 sauf en cas de branchement conditionnel. Il existe trois type d'instructions : Les instructions de traitement portant sur des op�randes : op�rations arithm�tiques et logiques, op�ration de rangement en m�moire. Les instructions de rupture de s�quence permettant de rompre l'encha�nement s�quentiel et de passer � une autre partie du programme si certaines conditions sont r�alis�es. Les instructions d'�change permettant les �changes entre le calculateur et le milieu ext�rieur. Il est �crit soit en � langage machine � suite de bit correspondant � des ordres sp�cifiques d�un microprocesseurs soit en langage symbolique (basic, fortran, c, java�.) qui n�cessite une traduction en langage machine pour �tre comprise par le microprocesseur

13. 13 Fonctionnement interne L'unit� arithm�tique et logique Pour r�aliser une addition le programme doit fournir les informations suivantes : Le type d'op�ration � r�aliser ici une addition L'adresse de la cellule m�moire qui contient la premi�re donn�e L'adresse de la cellule m�moire qui contient la deuxi�me donn�e L'adresse de la cellule m�moire o� doit �tre rang� le r�sultat On peut ainsi concevoir une machine � 3 adresses (3 registres) ou � une adresse et un accumulateur.