Architecture des ordinateurs

1
La carte graphique.
25/09/2010 Projet Informatique ISBS 1

Sommaire
Introduction
Problématique :
De quoi est composé une carte graphique, comment l’évaluer, comment est-elle intégrée à l’ordinateur, comment améliorer sa qualité ?
2
I] La composition d’un carte graphique.
A] La mémoire vidéo.
B] Le RAMDAC : Random Access Memory Digital to Analog Converter.
C] Le GPU : Graphical Processing Unit.
D] Le BIOS vidéo.
II] Evaluation des performances d’une carte graphique.
III] Bus et ports de connexion.
IV] Les technologies d’amélioration de qualité.
A] Les bus.
B] Les ports de connexion.
Conclusion :
A] L’antialiasing : anticrénelage.
B] Le filtrage anisotrope.
C] Le SLI : Scalable Link Interface.
D] La technologie Turbo Cache.
A] Les performances.
B] Evaluations des performances.
Composé essentiel d’un PC, bien intégré, permet l’affichage d’images, en constante amélioration.

Les différentes composantes d’un carte graphique.
GPU : Graphical processing unit
( GPU sans ventilateur ni radiateur )
RAMDAC
Composition d'une carte graphique. 3
Mémoire vidéo

Le GPU : Graphical Processing Unit
Processeur graphique
Radiateur
Ventilateur
V
E
N
T
I
R
A
D
G
P
U
Caractéristiques :
• Processeur de la carte
graphique
• Soulage le processeur
central de l’ordinateur
• Fait les calculs nécessaires à
l’affichage
• Optimisation : qualité de
l’image / performances



• Capable de traiter des
images 3D et 2D.


Le RAMDAC : Random Acces Memory Digital Analog Converter.
Caractéristiques :
• Permet l’affichage de
l’image.
• Convertit les données
numériques en données
analogique.

Image en données
numériques.
Image en données
analogiques.
RAMDAC
Moniteur
RAMDAC

La Mémoire Vidéo.La Mémoire Vidéo.
Mémoire Vidéo
Caractéristiques :
• Conserve les données
numériques

• Frame Buffer : stocke
les images traitées par
le processeur
Mémoire
Vidéo
Mémoire
Vidéo
Frame
Buffer

Le BIOS VidéoLe BIOS Vidéo
Caractéristiques :
• Sert au démarrage de la
carte graphique.

• Information sur la carte
graphique.
• Réglage de la carte
graphique.


Fonctionnement d’une carte graphique.
Image en
donnée numérique.
Mémoire
Vidéo
Mémoire
Vidéo
Frame
Buffer
Ramdac
Image en donnée analogique Moniteur
Signal numérique
Signal analogique
LEGENDES :
Stockage temporaires des
données numériques.
Calcul nécessaire à la conversion
du signal numérique en signal analogique.
Conversion du signal numérique
en signal analogique.

9Evaluation des performances d’une carte graphique.
Les performances évoluent avec le temps …
Moniteur …
Ventilateur …
Carte graphique …

Evaluation des performances d’une carte graphique. 10
Les performances.
Génération moderne = performances augmentées. (ex carte ATI HD 5830)
Taille de la mémoire vidéo (ex ATI HD 5830).
Fréquence du GPU : nombres d’opérations par seconde
(ex ATI HD 5830).
Nombres d’images par secondes.
Nombres d’écrans gérés par la carte.

Evaluation des performances d’une carte graphique. 11
Evaluation des performances d’une carte graphique.
Benchmark : Logiciel permettant d’évaluer les performances d’une carte graphique en sollicitant tous
les composants.
Exemple :
-3Dmark : ensemble de benchmark qui permet d’évaluer une carte et de la comparer.
- Burn in Test Pro edition 6.0 : logiciel permettant d’évaluer la performance, la fiabilité des principaux
composant y compris la carte graphique.
Résultat du 3DMark.

Les bus et ports de connexion. 12
Les Bus d’une carte graphique.
Les Bus permettent de connecter la carte graphique à la carte mère.
Les Bus AGP Les Bus PCI Express
AGP : Accelerated Graphic Port.
Partage la mémoire vive du PC
lorsque celle de la carte graphique est
saturée.
3 normes : - AGP 2X : 500 Mo/s
- AGP 4X : 1 Go/s
- AGP 8X : 2 Go/s
Permet aux informations de circuler
plus rapidement qu’avec une PCI.
PCI Express : Peripheral Component
Interconnect Express.
Successeur du bus AGP.
N’est pas strictement réservé à la
carte graphique.
6 normes différentes : de 250 Mo/s
(1X) à 8 Go/s (32X).
Pas d’utilisation nécessaire du
RAMDAC.

Les bus et ports de connexion. 13
Les différentes Entrées/Sorties de la carte graphique : les ports de connexion.
Sortie TV, S-vidéo Ports DVI
Les E/S de la carte mère
La sortie TV
 Le port DVI
 Le port VGA
 Le tuner vidéo



La sortie TV Le port DVI Le port VGA Le tuner vidéo
o Permet de
brancher le PC à une
télévision.
o Permet de relier la
carte graphique à un
écran numérique.
o Permet de relier la
carte graphique à un
écran cathodique.
o Permet de regarder
la télévision sur son
PC.

Les technologies d’amélioration de qualité. 14
L’antialiasing : l’anticrénelage.
Principe de l’antialiasing.
Permet d’éviter l’aspect en
escalier de l’image ( image en
escalier lorsque le motif est
moins épais qu’1 pixel).
Rajoute des pixels plus clairs
pour estomper l’aspect crénelé.
L’ajout de pixel entraine un flou
sur les contours : en reculant
(ou dézoomant) on retrouve une
image nette.


Quelques exemples :
Sans filtre
Avec Filtre
antialiasing

Le filtre anisotrope.
Principe du filtre anisotrope.
Permet d’atténuer le flou
en arrière plan.
Permet de rendre les
images du premier plan plus
nettes.
Existe différents niveau
de filtre : 1X, 2X, 4X, 8X.
Exige plus de calculs.



Exemple :

Le SLI : Scalable Link Interface.
Principe du SLI.
 Consiste à mettre 2 carte
graphique sur une carte mère
et à les relier entre elles.
Consiste à mettre 2
processeurs graphique sur une
même carte graphique.
OU
 Il permet une répartition des
taches : un processeur s’occupe
du fond et l’autre des images
en mouvement.
 Particulièrement intéressant
combiné aux 2 autres technologies.

La technologie Turbo Cache.
Principe du Turbo Cache.
 N’influe pas directement sur la
qualité de l’image mais sur celle
de la carte.
 Permet d’améliorer les
performances graphiques d’une
carte bas de gamme sans en
augmenter le coût.
 Peu de mémoire vidéo :
utilisation de la mémoire vive au
lieu de la mémoire vidéo
(accès plus lent).


Mémoire vive du PC
(RAM)
Mémoire vive du PC
(RAM)
Processeur Graphique
(GPU)
Processeur Graphique
(GPU)
Mémoire Vidéo Mémoire Vidéo
Avec Turbo Cache Sans Turbo Cache

18
Conclusion.
Bibliographie.
La technologie Sandy Bridge.
Carte graphique qui permet l’affichage d’images  Composé essentiel d’un PC.
Présence de Bus et Ports de connexion  Intégration à l’ordinateur.
De constantes évolutions  Nouvelles technologies mis en œuvres.
Ouverture.
www.vulgarisation-informatique.com
www.erenumerique.fr
www.commentçamarche.net
www.microelec.patricklecoq.fr

ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année
LESLES
PROCESSEURSPROCESSEURS
Le 01/10/10Le 01/10/10

IntroductionIntroduction
ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année
LES PROCESSEURSLES PROCESSEURS
Le 01/10/10Le 01/10/10
• Composant qui exécute et manipule les informations numériques ;
• Considéré comme le cœur de l’ordinateur ;
• Exécute les processus sous la direction du système d’exploitation ;
• Communique par langage binaire ;
• 1er
microprocesseur inventé par Intel (modèle 4004) en 1971 ;

IntroductionIntroduction
ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année
Le 01/10/10Le 01/10/10
Plan :Plan :
I)Architecture
II)Fonctionnement
1) Les instructions
2) les registres
3) La mémoire cache
4) 64 bits

Unité d'éxécutionI) ArchitectureI) Architecture

II) FonctionnementII) Fonctionnement
ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année
Le 01/10/10Le 01/10/10
1) Les instructions1) Les instructions
-Définition : opération élémentaire ;
- Lue et exécutée à chaque signal d’horloge ;
- Stockée dans la mémoire principale, puis chargée dans un registre d'instruction.
Instructions identifiées par deux champs :
-Code opération : type d'instruction ;
-Code opérande : paramètres de l'instruction.
Instructions identifiées par deux champs :
-Code opération : type d'instruction ;
-Code opérande : paramètres de l'instruction.

ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année
Le 01/10/10Le 01/10/10
- Véhiculées par les pipelines. Avancée de la lecture cadencée par le signal
d’horloge.
Prise en charge d’une instruction en 5 étapes :
-Lecture avec chargement vers le RI ;
-Décodage de l’instruction ;
-Lecture des opérandes ;
-Exécution ;
-Renvoi du résultat.
Instruction 1
Instruction 2
1 cycle d’horloge
LecLec DecDec OpOp ExeExe
LecLec DecDec OpOp ExeExe
Instruction 3LecLec DecDec OpOp ExeExe
RRRR
RRRR
RRRR

ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année
Le 01/10/10Le 01/10/10
Les différents types d’instruction :
- Opérations arithmétiques ;
- Opérations logiques ;
- Transferts ;
- Gestion des entrées et sorties ;
- Divers.

• 2) Les registres
●
Définition
●
Les principaux types de registres:
-> registre d'instruction
-> registre d'état
-> registre PC
-> compteur ordinal
-> registre tampon
-> accumulateur
ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année

• 3) Les instructions
a) Introduction
• Définition
• Cache hit / cache miss
●
Principe de localité spatiale / temporelle
●
Les différents caches: L1, L2, L3
●
Cache unifié / séparé
ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année

b) Cache exclusif / inclusif
Cache exclusif:
ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année

Cache inclusif:
ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année

d) Les différentes sortes de mapping
• Fully associative cache
ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année

●
Direct mapped cache
ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année

N-way set associative cache:


A quoi correspond elle ?

Avantages

Constructeurs

Sigles : EM64T (intel), « 64 »Sigles : EM64T (intel), « 64 »
(AMD)(AMD)
ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année
4) La technologie 64 bits4) La technologie 64 bits


Coeur de l'ordinateur

Sandy Bridge (2011)
ANDRE Charles
LEGRAND François
PALGEN Marc
ISBS 1ére année
ConclusionConclusion

Le Disque Dur
Aurélie Vélayoudon
Odyssée Merveille
ISBS 1
1/10/10

Sommaire
I. Structure et Fonctionnement
1. Plateaux
2. Têtes de lecture / écriture
3. Contrôleur de disque
II. Performances
1. Capacité
2. Densité
3. Vitesse et temps d’accès
4. Mémoire cache
5. Interface et taux de transfert
I. Evolution

I. Structure et
Fonctionnement

1. Plateaux
• D’un support en
aluminium ou en verre
• Plusieurs couches dont
une ferromagnétique
1.1 Structure des plateaux
Deux formats principaux :
• 3,5 pouces
• 2,5 pouces
Chaque plateau est fait :

1. Plateaux
1.2 Division des plateaux

1. Plateaux
1.3 Système d’adressage
Nécessité d’un système d’adressage pour retrouver les données
stockées
• Adressage en CHS (Cylinder Head Sector)
Limité à 1024 cylindres  Dépassé
• Adressage LBA (Logical Block Adressing)
Chaque bloc est désigné d’une manière unique

1. Plateaux
1.4 Vitesse angulaire et Vitesse
linéaire
Vitesse angulaire : Identique en tout point du
disque
Vitesse linéaire :
Θ : angle
T : temps
R : distance centre au point étudié
Dépend de le la piste

2. Tête de lecture/écriture
Une tête sur chaque face de
plateau reliées à un même bras
mécanique
 mouvement synchrone
2.1 Structure

2.2 Trois types de têtes
• Tête inductive
• Tête MR (magnétorésistive)
• Tête GMR (giant magnétorisitive)

1. Plateaux
Ensemble électronique contrôlant
principalement :
• Moteur électrique des plateaux
• Mouvement du bras mécanique
• Transformation signal électrique en
bits et inversement

1. Plateaux
La performance d’un disque dur se mesure selon plusieurs critères :
• Sa capacité de stockage
• Sa densité d’information
• Sa vitesse de rotation
• Son temps d’accès
• Sa mémoire cache
• Son interface
• Son taux de transfert moyen

1. Plateaux
Premier disque dur : Ramac 305
 capacité de 5 Mo
Multiplication de la capacité
des disques durs par 10 000 en
15 ans.
Actuellement, on trouve des
disques allant jusqu’à 3 To

1. Plateaux
La densité représente la quantité
d’informations que l’on peut mettre sur une
surface donnée. (bit/pouce²)
Auparavant, nombre de secteurs par piste identique
 densité différente selon les secteurs
Depuis 1990, densité identique en tout point du disque
 Plus on s’éloigne du centre, plus le nombre de secteurs
augmente

Plus la vitesse de rotation est élevée plus le temps
d’accès est court et donc le disque dur rapide.
T accès = T seek + T latence
Vitesse de rotation actuelle :
De 5400 à 15 000 tr/min
Temps d’accès actuel :
Entre 10 et 20 ms

4. Mémoire cache
La mémoire cache est une mémoire vive qui sert de
relais entre le disque dur et le processeur. Elle
permet d’accroitre la vitesse de lecture / écriture
Actuellement, la taille de la mémoire cache varie de 2 à 16 Mo

5. Interface et taux de transfert
L’interface fait la liaison entre le disque dur et la
carte mère.
• ATA ( AT Attachement) = IDE = PATA
• SCSI ( Small Computer System Interface)
• SATA (Serial ATA)
Plus l’interface est performante plus elle permet un taux de
transfert élevé.
Actuellement, l’interface la plus récente est le SATA 3, jusqu’à 750 Mo/s
Les PATA vont jusqu’à 130 Mo/s et les SCSI vont jusqu’à 300 Mo/s

La technologie de stockage de donnée à beaucoup évolué au fil des années.

L’avenir du stockage de données semble être la
technologie SSD (Solid State Drive)
Type de mémoire semblable aux
RAM.
• Pas de perte de donnée lors de la
mise hors contrairement à la RAM
• Grande résistance
• Bien plus performante car pas de
pièce mécanique
Temps d’accès : 80 microseconde
Taux de transfert : plus de 1 Go/s

Sommaire
I) Fonction
II)Composition
III)Qu'en déduire?

Fonction
●Assurer le minimum fonctionnel
●Transfert
●Connectivité

Composition
Le CMOS (Complementary Metal Oxyd Semiconductor)

Composition
Port AGP (Accelerated Graphics Port)

Composition
Port PCI-express(x16) (Peripheral Component Interconnect

Composition
Port PCI (Peripheral Component Interconnect)

Composition
Port SATA et PATA=IDE (Serial/Parallel Advanced
Technology Attachment)

Composition
•Panneau arrière

Qu'en déduire?
●Indispensable
●Conditionne l'efficacité d'une machine
●Par sa connectivité, détermine le type et
l'évolution possible de la machine

JOUBERT Charlotte ISBS 1
KARAGUEUZIAN Magali Année 2010-2011
LAMIME Sonia
NOYAU DE BASE D’UN
ORDINATEUR
LE BIOS

I. PRESENTATION DU BIOS
1. Définition
2. Historique
3. Fabricants de BIOS
II. FONCTIONNEMENT DU BIOS
1. Le POST
2. Le Plug and Play
3. Le Bootstrap Loader
III. REGLAGES ET MISES A JOUR DU BIOS
IV. VULNERABILITE DU BIOS ET SOLUTIONS
1. Vulnérabilité
2. Solutions
V. PERSPECTIVES
68

69
Matériel
BIOS
SE
Logiciels
d’application
BIOS = Basic Input Output System

70
• BIOS : Firmware en langage assembleur
• Autres BIOS : BIOS vidéo et BIOS SCSI

• Stockage :
EEPROM (Electrically Erasable
Programmable Read Only Memory)
71
 Chargement :
CMOS (Complementary Metal Oxide
Semiconductor)

72
72
• Initialement : ROM
• Ensuite : EPROM
• Aujourd’hui : EEPROM
Evolution de la mémoire de stockage

• Il y a deux principaux fabricants de BIOS
AMIBIOS Award BIOS
73

1. Définition
2. Historique
1. Le POST
2. Le Plug and Play
1. Vulnérabilité
2. Solutions
V. PERSPECTIVES
74

• Au démarrage de l’ordinateur, le BIOS :
75
prend en compte les composants de
l’ordinateur
charge le système d’exploitation

• POST (Power On Self Test) = Initiation
d’une routine de tests
 Vérification de l’initialisation du processeur
 Vérification de la validité de la mémoire de base
 Vérification de l’intégrité de la carte mère
76
L’écran reste noir.

• POST (Power On Self Test) = Initiation
d’une routine de tests
– Recherche et exécution d’autres BIOS :
 BIOS vidéo Validation de la carte graphique
 Contrôleur SCSI
77

78
78
Le BIOS contrôle l’ajout du matériel PnP
Puis, il les « connecte »
Ex : Port USB
Reconnaissance automatique des
périphériques récents
Reconnaissance automatique des
périphériques récents

79
• Lancement de la routine de démarrage du SE :
Accès au secteur d’amorçage du disque dur
Prise de contrôle du matériel par le SEPrise de contrôle du matériel par le SE

1. Définition
2. Historique
1. Le POST
2. Le Plug and Play
1. Vulnérabilité
2. Solutions
V. PERSPECTIVES
81

1. Définition
2. Historique
1. Le POST
2. Le Plug and Play
1. Vulnérabilité
2. Solutions
V. PERSPECTIVES
85

87
• Intercepter
• Lire
• Modifier
Un Bios défaillant peut rendre l’ordinateur ou un
périphérique inutilisable

88
• Boot block : petite partie du BIOS
– situé dans la mémoire ROM (non modifiable)
• Flashage:
– + : remédier à des incompatibilités matérielles
corriger des erreurs de détection du matériel
ajouter de nouvelles fonctionnalités
– - : carte mère inutilisable
SAV inexistants

1. Définition
2. Historique
1. Le POST
2. Le Plug and Play
1. Vulnérabilité
2. Solutions
V. PERSPECTIVES
89

• BIOS :
– indispensable pour l’ordinateur
– permet le chargement du SE
• Principales étapes de son fonctionnement :
– POST PnP Bootstrap Loader
• Mises à jour par flashage
• Organe vulnérable de l’ordinateur mais il existe
des solutions pour y remédier
• Avenir principal du BIOS = UEFI
91

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