Ce cours sur l'architecture des ordinateurs couvre les fondamentaux du fonctionnement des systèmes informatiques, des concepts de base aux mécanismes avancés. Il aborde les codages et opérations binaires, essentiels pour comprendre la représentation des données et les calculs en machine. La distinction entre la couche physique et la couche logique permet de saisir l'organisation matérielle et logicielle d'un ordinateur. La couche ISA (Instruction Set Architecture) est expliquée pour illustrer comment les instructions sont exécutées par le processeur. Les procédures, la pile et le pointeur de pile sont détaillés pour maîtriser la gestion de la mémoire lors des appels de fonctions. Le cours explore également les processus de traduction, compilation et interprétation, clés pour le développement logiciel. La mémoire, ses types et son management, ainsi que les périphériques et leur gestion par interruptions, complètent cette formation pour offrir une vision globale de l'architecture des ordinateurs. Ce support PDF par Jeremy Fix est un outil complet pour étudiants et professionnels souhaitant approfondir leurs connaissances en informatique fondamentale.

Contenus explorés en détail

Ce cours approfondit l'architecture des ordinateurs en couvrant les principes fondamentaux et les mécanismes internes qui régissent leur fonctionnement. Les sujets incluent les codages binaires, les opérations logiques, la structure physique et logique des composants, ainsi que l'interface entre le matériel et le logiciel (ISA). Les étudiants exploreront également la gestion de la mémoire, les procédures d'appel, la compilation, et l'interaction avec les périphériques via les interruptions.

• Comprendre les bases des systèmes numériques et des opérations binaires.
• Maîtriser les couches matérielles et logiques d'un ordinateur, ainsi que leur interaction.

Public concerné par ce PDF

Ce cours s'adresse principalement aux étudiants en informatique, ingénierie des systèmes ou électronique, ainsi qu'aux professionnels souhaitant approfondir leurs connaissances en architecture matérielle. Il est également utile pour les développeurs souhaitant optimiser leurs programmes en comprenant mieux l'interaction logiciel-matériel.

Exemples pratiques et applications réelles

Les connaissances acquises permettent, par exemple, de concevoir des circuits logiques pour des processeurs embarqués ou d'optimiser des algorithmes pour une meilleure utilisation de la mémoire cache. Un scénario concret serait l'analyse des performances d'un programme en comprenant comment le CPU gère les instructions et les accès mémoire.

Secteurs d'application professionnelle

• Informatique embarquée : Conception de systèmes dédiés (ex. : contrôleurs automobiles).
• Développement logiciel : Optimisation des performances via une meilleure gestion des ressources matérielles (ex. : jeux vidéo).
• Cybersécurité : Analyse des vulnérabilités matérielles (ex. : attaques par canal auxiliaire).

Nouveauté 2025 : L'essor des architectures neuromorphiques pour l'IA embarquée.

Guide des termes importants

• ISA (Instruction Set Architecture) : Interface définissant les instructions qu'un processeur peut exécuter.
• Cache mémoire : Mémoire rapide stockant les données fréquemment utilisées pour accélérer les traitements.
• Pile (Stack) : Structure de données gérant les appels de fonctions et les variables locales.
• Interruption : Signal matériel ou logiciel demandant l'attention immédiate du CPU.
• Compilation : Traduction d'un code source en instructions machine exécutables.

Réponses aux questions fréquentes

Qu'est-ce que l'architecture von Neumann ?
Modèle de base des ordinateurs modernes où données et instructions partagent la même mémoire, avec un CPU séquentiel.

Pourquoi utiliser le binaire en informatique ?
Le binaire simplifie la représentation électronique des états (0/1) via des transistors.

Comment fonctionne la mémoire cache ?
Elle stocke les données récentes pour réduire les accès lents à la RAM.

Quel est le rôle des interruptions ?
Elles permettent au CPU de réagir rapidement à des événements externes (ex. : clavier).

Quelle différence entre compilation et interprétation ?
La compilation transforme tout le code en machine avant exécution, tandis que l'interprétation le traduit ligne par ligne.

Exercices appliqués et études de cas

Projet 1 : Simulation d'un processeur simple
Étapes : 1) Concevoir un jeu d'instructions basique. 2) Implémenter un simulateur en Python. 3) Tester avec des programmes assembleur.

Projet 2 : Optimisation de la mémoire cache
Étapes : 1) Analyser les défauts de cache d'un programme. 2) Réorganiser les données pour améliorer la localité. 3) Mesurer les gains de performance.

Étude de cas : Benchmarking d'architectures
Comparer les performances (temps d'exécution, consommation énergétique) de différentes architectures (x86 vs ARM) sur des tâches identiques.