Architecture Ordinateurs: Fonctionnement

Objectifs d'apprentissage

• Comprendre les principes fondamentaux des codages binaires et des opérations associées.
• Maîtriser les concepts de la couche physique et logique dans l'architecture des ordinateurs.
• Appréhender le rôle et le fonctionnement de la couche ISA (Instruction Set Architecture).
• Savoir implémenter des procédures, gérer la pile et utiliser les pointeurs de pile.
• Distinguer les processus de traduction, compilation et interprétation des programmes.
• Analyser l'organisation et la gestion de la mémoire dans un système informatique.
• Comprendre le fonctionnement des périphériques et leur gestion via les interruptions.

Public cible

Ce cours s'adresse principalement aux étudiants en informatique, en génie logiciel ou en électronique, ainsi qu'aux professionnels souhaitant approfondir leurs connaissances en architecture des ordinateurs. Il est également adapté aux autodidactes passionnés par le fonctionnement interne des machines. Une base en programmation et en logique binaire est recommandée pour tirer pleinement profit de ce cours.

Contenu détaillé

Codages et opérations binaires

Cette section aborde les fondements des systèmes binaires, incluant les représentations des nombres (entiers, flottants), les opérations arithmétiques et logiques, ainsi que les méthodes de conversion entre bases. Les étudiants apprendront également les principes des codes correcteurs d'erreurs.

La couche physique et la couche logique

Cette partie explore les composants matériels d'un ordinateur (transistors, portes logiques) et leur organisation en circuits logiques. Les concepts de multiplexage, de bascules et de mémoires caches seront également couverts.

La couche ISA

La couche ISA définit l'interface entre le matériel et le logiciel. Les étudiants étudieront les jeux d'instructions, les modes d'adressage et l'exécution des instructions, ainsi que les différences entre architectures RISC et CISC.

Procédures, pile et pointeur de pile

Cette section détaille la gestion des appels de procédures, l'utilisation de la pile pour stocker les variables locales et les adresses de retour, ainsi que le rôle crucial du pointeur de pile dans l'organisation de la mémoire.

Traduction, Compilation, interprétation

Les différents niveaux de langages et leur traduction en code machine seront analysés. Le processus de compilation (analyse lexicale, syntaxique, génération de code) sera comparé à l'interprétation directe des programmes.

La mémoire

Cette partie couvre l'organisation hiérarchique de la mémoire (registres, cache, RAM, stockage secondaire), les techniques d'accès et les politiques de remplacement. Les problèmes de fragmentation et de gestion de la mémoire virtuelle seront également abordés.

Les périphériques et leur gestion par interruption

Enfin, le cours expliquera comment les périphériques communiquent avec le processeur via les bus et les interruptions. Les mécanismes de DMA (Direct Memory Access) et les pilotes de périphériques seront également étudiés.

Ce cours complet permettra aux participants d'acquérir une vision globale du fonctionnement des ordinateurs, depuis le niveau matériel jusqu'à l'exécution des programmes, en passant par les différentes couches d'abstraction.