Architecture des ordinateurs - Fondamentaux et programmation

Objectifs d'apprentissage

• Comprendre les principes fondamentaux de la représentation des données dans un ordinateur, y compris les systèmes binaires et hexadécimaux.
• Maîtriser les concepts de logique combinatoire et séquentielle, ainsi que les méthodes de simplification des fonctions logiques.
• Apprendre les bases de l'architecture des ordinateurs, y compris le fonctionnement du processeur, de la mémoire et des interfaces d'entrée/sortie.
• Développer des compétences en algorithmique et en programmation structurée pour concevoir des solutions efficaces à des problèmes informatiques.
• Acquérir une connaissance pratique des langages de programmation évolués et des bonnes pratiques de codage.

Public cible

Ce cours s'adresse aux étudiants en informatique, en génie logiciel ou en électronique, ainsi qu'aux professionnels souhaitant approfondir leurs connaissances en architecture des ordinateurs et en programmation. Il est également adapté aux autodidactes passionnés par le fonctionnement interne des machines et la conception d'algorithmes.

Contenu détaillé

1. Représentation des données

Cette section couvre les fondamentaux de la représentation numérique dans les systèmes informatiques. Nous aborderons les systèmes binaires, octaux et hexadécimaux, ainsi que les méthodes de conversion entre ces systèmes. Les concepts de logique combinatoire (portes logiques, tables de vérité) et séquentielle (bascules, registres) seront expliqués en détail. La méthode de Quine-McCluskey pour la simplification des fonctions booléennes sera étudiée, ainsi que les techniques de synthèse de circuits séquentiels synchrones.

2. Introduction à l'architecture

Ce module présente l'organisation fondamentale d'un ordinateur moderne. Nous examinerons l'architecture de von Neumann, le rôle du processeur central (CPU), l'organisation hiérarchique de la mémoire (cache, RAM, stockage), et les mécanismes de circulation de l'information. Une attention particulière sera portée sur le microprocesseur Intel 8086 comme étude de cas historique. Les interfaces d'entrée/sortie (E/S) et leurs modes de fonctionnement (programmé, par interruption, DMA) seront également couverts.

3. Algorithmique et langages évolués

La dernière partie du cours se concentre sur les concepts algorithmiques fondamentaux. Nous étudierons les structures de contrôle (séquences, conditions, boucles), les structures de données de base, et les critères de qualité d'un algorithme (complexité, lisibilité, maintenabilité). Les principes de la programmation structurée seront mis en pratique à travers des exemples dans un langage évolué tel que C ou Python. Les bonnes pratiques de codage et les techniques de débogage seront également abordées.

Approche pédagogique

Le cours combine théorie et pratique avec des sessions magistrales, des travaux dirigés et des projets concrets. Des simulations logicielles seront utilisées pour illustrer les concepts d'architecture, tandis que des exercices de programmation progressifs permettront d'assimiler les techniques algorithmiques. L'évaluation comprendra des travaux pratiques sur la conception de circuits logiques, l'analyse d'architectures processeur et la résolution de problèmes par programmation.

Résultats attendus

A l'issue de ce cours, les participants seront capables de : comprendre le fonctionnement interne d'un ordinateur depuis le niveau logique jusqu'au niveau système ; concevoir et optimiser des circuits logiques combinatoires et séquentiels ; analyser les performances des différentes architectures processeur ; développer des algorithmes efficaces et les implémenter dans un langage de programmation moderne.