Architecture des Ordinateurs

Le contenu de ce support de cours se décompose en deux grandes parties: (i) La première partie porte premièrement sur les composants principaux d’un ordinateur  et leurs interactions: Processeur, Mémoire, et Organes Périphériques. En deuxième lieu, cette première partie fournit une vue détaillée sur les mémoires (mémoire centrale, mémoire cache et les mémoires auxiliaires) et les notions sur les instructions d'un ordinateur. (ii) La seconde partie consiste en une présentation de l’architecture et des composants internes d’un microprocesseur, de leurs rôles et de leurs interconnections. Ensuite, cette partie contient des explications et des exemples de la programmation en assembleur MIPS R3000. Ainsi, on illustre les concepts et l’architecture interne sur le processeur industriel MIPS R3000.

Ces parties sont organisées en 4 chapitres:

- Le chapitre 1: Introduction et principaux composants d'un ordinateur: Il offre un survol sur l’historique des ordinateurs et leurs générations ainsi que la célèbre machine de Von Neumann. Ce chapitre va présenter donc les différents composants internes d’un ordinateur et les relations entre ceux-ci. Puis, il présente les différents modes d’adressage (immédiat, direct, indirect, relatif, indexé …etc). Il explique l’organisation, la structure physique, les composants, et le fonctionnement des mémoires et en particulier la mémoire centrale (principale). Il présente les différents types de mémoire, la hiérarchie mémoire et l’organisation de la mémoire cache. Finalement, il explique la conception et les architectures de la mémoire centrale (Mémoire modulaire, entrelacée, etc.).

- Le chapitre 2 : Notions sur les instructions d'un ordinateur: Il présente les niveaux de langages de programmation  'haut niveau et bas niveau) et quelques instructions machine usuelles. Ensuite on explique les différents modes d'adressage et les  différentes phases d’exécution d'une instruction. finalement, on présente le format des instructions.

- Le chapitre 3 : Le microprocesseur.  Ce chapitre commence par la définition du microprocesseur et de son historique. Ensuite, il présente, en détail, les composantes internes d’un microprocesseur et leurs rôles et interconnections. Après, on présente la performance et les améliorations des architectures d’un microprocesseur, à savoir MIPS (Millions d'Instructions Par Seconde), L'architecture Harvard, augmentation de fréquence, CISC et RISC et l’architecture Pipeline et ces Aléas.

- Le chapitre 4 : Le microprocesseur MIPS R3000. Ce chapitre présente l’architecture du microprocesseur 32 bits MIPS R3000, les registres visibles du logiciel, l'adressage et la structuration de l'espace adressable, et le langage d'assemblage du processeur MIPS R3000. Il Définit l'interface matériel/logiciel, introduit les concepts de langage machine et de langage d'assemblage et initie les étudiants à la programmation en langage d'assemblage MIPS R3000. Aussi, il explicite les étapes de la transformation d'un programme écrit dans un langage procédural tel que le langage C en un code exécutable en langage machine par plusieurs exemples, exercices, et programmes en utilisant l’émulateur MARS ou QTSpim.