Fiche de révision : Architecture fonctionnelle du matériel

📋 Plan du Cours

1. Architectures Harvard et Von Neumann
2. Comparaison et usages actuels
3. Cycle d’exécution de Von Neumann
4. Jeu et format des instructions
5. Fréquence et performances du processeur
6. Architectures CISC et RISC
7. Bus et interfaces matérielles

📖 1. Architectures Harvard et Von Neumann

🔑 Notions clés & Définitions

• Architecture de Harvard : Utilise des mémoires séparées pour les instructions et les données, ce qui permet un accès simultané par des bus indépendants.

• Architecture de Von Neumann : Utilise une mémoire principale unique pour les données et les instructions, auxquelles le processeur accède par un bus partagé.

💡 Astuce mémo

Harvard sépare mémoires et bus ; Von Neumann les partage.

📖 2. Comparaison et usages actuels

★ À maîtriser

📌 Dans la comparaison entre Von Neumann et Harvard, la mémoire est unique et les bus sont partagés chez Von Neumann, tandis que la mémoire est séparée et les bus dédiés chez Harvard.

Compléments

• Von Neumann reste présent dans les PC et les ordinateurs portables traditionnels, tandis que Harvard est courante dans les microcontrôleurs et les systèmes embarqués comme Arduino.

• Les architectures hybrides combinent les caractéristiques de Harvard et de Von Neumann pour améliorer les performances ; Intel et AMD utilisent un modèle Von Neumann hybride, tandis que PIC, AVR et ARM Cortex-M sont associés à Harvard.

💡 Astuce mémo

Von Neumann : simple et partagé ; Harvard : séparé et simultané.

📖 3. Cycle d’exécution de Von Neumann

📝 Points essentiels

• 🔄 L’exécution suit quatre étapes:
  1. Chercher le programme dans la mémoire principale
  2. Transférer les instructions une par une vers l’unité centrale de traitement
  3. Effectuer les opérations nécessaires dans l’unité centrale de traitement
  4. Renvoyer les résultats vers la mémoire principale

💡 Astuce mémo

Chercher → transférer → traiter → stocker.

📖 4. Jeu et format des instructions

🔑 Notions clés & Définitions

• Format d’instruction : La manière dont une instruction est codée et organisée dans la mémoire binaire.

📝 Points essentiels

• Une instruction est composée de champs, c’est-à-dire de blocs de bits contigus qui indiquent l’opération et les opérandes.

• La longueur du format correspond au nombre total de bits nécessaires pour exécuter une instruction.

📖 5. Fréquence et performances du processeur

🔑 Notions clés & Définitions

• Fréquence d’horloge : Indique le nombre de cycles réalisés par le processeur chaque seconde et se mesure en gigahertz.

★ À maîtriser

• Un gigahertz correspond à $1\,000\,000\,000$ cycles par seconde.

• Les performances d’un processeur dépendent de la fréquence, de l’architecture, de l’IPC, du nombre de cœurs et de la mémoire cache.

Compléments

• Un processeur fonctionnant à 4 GHz réalise approximativement 4 milliards de cycles d’horloge par seconde.

💡 Astuce mémo

Plus de cycles par seconde ne garantit pas un meilleur rendement : architecture, IPC, cœurs et cache comptent aussi.

📖 6. Architectures CISC et RISC

★ À maîtriser

📌 Les architectures CISC utilisent des instructions plus complexes et de longueur variable, dont une seule peut réaliser plusieurs opérations, tandis que les architectures RISC utilisent des instructions plus simples et régulières.

Compléments

• CISC prédomine dans les processeurs x86-64 d’Intel et AMD pour PC, tandis que RISC est très répandue dans Apple Silicon, les mobiles et les systèmes à faible consommation.

💡 Astuce mémo

CISC regroupe des opérations complexes ; RISC les découpe en instructions simples.

📖 7. Bus et interfaces matérielles

🔑 Notions clés & Définitions

• Bus : Un chemin par lequel les instructions et les données circulent entre les différentes unités de l’ordinateur.
• Largeur de bus : Le nombre de fils ou de bits transmis simultanément par un canal.
• Interface : L’interaction physique avec l’ordinateur, au niveau des dispositifs utilisés pour entrer, traiter et fournir les données, comme le clavier, la souris ou le moniteur.

★ À maîtriser

📌 Un bus parallèle transfère plusieurs bits simultanément, tandis qu’un bus série transfère les données bit par bit.

• Le bus d’adresses transporte les adresses vers la mémoire principale ou les périphériques et est unidirectionnel, le bus de données transporte les données dans les deux sens, et le bus de contrôle transporte les signaux d’arbitrage de l’unité de contrôle dans les deux directions selon les signaux concernés.

Compléments

• Les bus série modernes peuvent comporter plusieurs canaux et tendent à remplacer les bus parallèles, car ils permettent des vitesses de transfert plus élevées et des longueurs de câble plus importantes.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des architectures