Architecture Matérielle

Introduction

On distingue les langages compilés et interprétés : c'est l'introduction sur les "niveaux" de code entre l'humain et la machine. Si vous voulez vraiment le schéma, dites-le moi, sinon je vous l'épargne (et mon Figma aussi).

En Pratique

Les composants d'un ordinateur

1. Écran
2. Carte mère
3. Processeur (CPU)
4. Mémoire Vive (RAM)
5. Mémoire persistante (disque dur, de plus en plus remplacée par des SSD)
6. Cartes périphériques
   • Carte graphique (GPU)
   • Carte réseau (Wifi, Bluetooth)
   • Carte Son
7. Clavier
8. Souris
9. Lecteur optique (CD/DVD) — présent sur les machines plus anciennes.

Histoire de l'informatique

• Les algorithmes et les premières machines à calculer datent de l'antiquité
• De nombreuses vont essayer de suivre les modèles des horloges, comme la Pascaline
• 1846 machine à ruban perforés
• 1904 tubes à vides, ampoules, dernier composant nécessaire pour créer des ordinateur
• 1940 apparition des premiers ordinateurs respectant l'architecture de Von Neumann
• 1948 apparition du transistor

Histoire de l'informatique

• Les algorithmes et les premières machines à calculer datent de l'Antiquité.
• De nombreuses machines s'inspirent des mécanismes d'horlogerie (ex. la Pascaline).
• 1846 : développement des machines à ruban perforé.
• Début du XXe siècle (années 1900) : utilisation des tubes à vide pour les premiers calculateurs électroniques.
• 1940 : apparition des premiers ordinateurs respectant l'architecture de Von Neumann.
• 1948 : invention du transistor.

Modèle de Von Neumann

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Processeur

Dans le modèle de Von Neumann, le processeur (CPU) effectue les calculs et coordonne les autres composants. On distingue classiquement :

• des registres (stockage très rapide, interne au CPU) ;
• une Unité Arithmético-Logique (UAL / ALU) qui réalise les opérations arithmétiques et logiques ;
• une unité de contrôle qui décode et orchestre l'exécution des instructions ;
• parfois un accumulateur, concept historique utilisé par certaines architectures.

L'unité de contrôle contient typiquement un registre d'instruction (IR) et un compteur de programme (PC).

Mémoire

La mémoire regroupe différents types de stockage :

1. Mémoire persistante : stockage long terme (disque dur, SSD) ;
2. Mémoire vive (RAM) : utilisée pendant l'exécution des programmes ; volative et nécessite de l'alimentation électrique ;
3. Mémoire cache : mémoire rapide entre le processeur et la RAM pour accélérer les accès ;
4. Mémoire morte (ROM) : mémoires persistantes non modifiables contenant des éléments critiques (ex. BIOS/firmware).

Bus de données

Les données circulent entre composants via des bus ou interconnexions (largeur typique 32/64 bits). Physiquement, ce sont des pistes imprimées et des traces sur la carte mère.

Entrées/Sorties (IO)

Périphériques d'entrée (clavier, souris, capteurs) et de sortie (écran, haut‑parleur) ; leur gestion passe par des contrôleurs et pilotes.

Résumé

Les ordinateurs sont des systèmes électroniques alimentés par l'électricité, exécutant des programmes qui traitent des entrées pour produire des sorties.

En Marche

Cycles d'exécution

La vitesse d'exécution d'un processeur est liée à sa fréquence d'horloge (en hertz) et à son organisation interne (pipeline, nombre de cœurs). Un cycle d'instruction typique comprend :

1. Fetch : lecture de l'instruction depuis la mémoire.
2. Decode : décodage de l'instruction (unité de contrôle).
3. Read operands / Execute : lecture des opérandes et exécution dans l'UAL (ALU).
4. Memory access : accès en lecture/écriture à la mémoire si besoin.
5. Write back : écriture du résultat dans les registres ou la mémoire.

Ces étapes peuvent être exécutées en même temps pour augmenter le débit, ce qui donne l'illusion d'exécuter plusieurs instructions simultanément. Le processeur est souvent appelé un "cœur" car il induit le rythme de l'ordinateur et "tick" comme un vrai cœur.

Systèmes multi‑processeurs / multicœurs

Les machines modernes ont souvent plusieurs cœurs (4, 8, voire beaucoup plus) : il faut alors organiser l'accès à la mémoire.

Deux grandes approches :

1. Mémoire partagée : tous les cœurs accèdent au même espace mémoire (nécessite des mécanismes de synchronisation et de cohérence cache).
2. Mémoire distribuée : chaque processeur/contrôleur dispose d'une portion locale de mémoire ; la communication inter‑nœuds se fait via un interconnect.

Des architectures hybrides existent (mémoire hiérarchique, NUMA) pour concilier performances et scalabilité.

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Loi de Moore

D'après Gordon Moore (co‑fondateur d'Intel), le nombre de transistors intégrés par circuit augmentait approximativement d'un facteur deux tous les deux ans. Cette observation empirique, appelée "loi de Moore", a guidé l'industrie pendant des décennies, mais son rythme s'est ralenti récemment et elle n'est plus une règle strictement tenue.