Architecture des Ordinateurs: Un Tutoriel Complet

Dans le monde de l'informatique, l'architecture des ordinateurs, l'architecture informatique ou l'architecture matérielle est une spécification qui indique comment le système informatique est fabriqué et comment il fonctionne sous le capot.

Dans une forme plus large, l'architecture informatique nous indique comment le matériel et les logiciels sont mis en œuvre et placés dans un système informatique.

Non seulement comment ils sont mis en œuvre, mais aussi comment ils fonctionnent et communiquent entre eux. Pour rendre notre concept plus clair, prenons l'exemple de l'architecture d'un bâtiment ou du plan d'étage d'un bâtiment.

Le même concept est utilisé pour l'architecture d'un ordinateur qui nous indique principalement comment l'ordinateur est construit à l'intérieur. L'architecture d'un ordinateur est principalement répartie en trois catégories principales qui sont énumérées ci-dessous mais décrites brièvement dans les sections suivantes.

• Conception du système
• Architecture du jeu d'instructions
• Microarchitecture

Les ordinateurs qui mettent en œuvre ces architectures sont fabriqués ou mis en œuvre à l'aide de certains modèles de conception définis par les architectures susmentionnées. Ces architectures sont conçues en tenant compte des exigences du système, de l'utilisateur et des nouvelles technologies.

Il existe des dizaines d'avantages liés à l'utilisation de l'architecture informatique, qui dépendent de l'architecture informatique que vous utilisez, mais en résumé, voici quelques-uns des principaux avantages de l'architecture informatique.

Réalisation de systèmes informatiques

Les architectures informatiques vous permettent de concevoir et de mettre en œuvre les systèmes informatiques d'une manière spécifique que chaque architecture définit. Elles vous aident à fabriquer le produit plus rapidement et à résoudre les problèmes des clients le plus tôt possible.

Du point de vue d'un développeur

Du point de vue du développeur, l'architecture informatique vous permet de programmer les applications qui nécessitent également des exigences matérielles de bas niveau. Vous pouvez par exemple programmer en langage assembleur pour développer et programmer le matériel et les dispositifs intégrés tels que les processeurs, les cartes mères, etc.

Efficacité

L'architecture informatique vous aide à concevoir, développer, mettre en œuvre des applications et des logiciels rapidement, sans beaucoup de ressources, et de manière plus efficace.

Documentations

Chaque architecture informatique possède sa propre documentation. La documentation vous aide à apprendre et à utiliser l'architecture d'une manière plus efficace et plus rapide.

La définition de l'architecture informatique n'est pas très juteuse et ne contient donc pas de profondeur. C'est le type d'architecture informatique qui rend le sujet intéressant et profond.

Dans cette section, nous allons voir différents types d'architecture informatique qui vous aideront dans votre vie académique et professionnelle.

Type 1: Architecture de Von-Neumann

Image Source: www.geeksforgeeks.org

Von-Newmann est l'architecture d'ordinateur qui a été conçue et réalisée sur le mode de conception d'ordinateur dérivé de Von-Newmann. Newmann a conçu cette architecture pour les ordinateurs à programme enregistré, qui ne sont rien d'autre que des ordinateurs intelligents programmés pour effectuer des tâches efficaces et hautement calculées.

Histoire

L'histoire de l'architecture de Von-Newmann est simple: avant ce modèle, le monde comptait deux types d'ordinateurs: un ordinateur simple, c'est-à-dire une calculatrice, et l'autre, les ordinateurs à programme enregistré.

Les ordinateurs à programme enregistré étaient les plus efficaces, capables d'effectuer les tâches complexes telles que la lecture, l'écriture de disques et de mémoires, ils pouvaient auto-modifier le code pour effectuer les tâches, et pouvaient effectuer toutes les tâches qu'un ordinateur moderne peut effectuer, mais ils étaient toujours très lents. Ainsi, pour résoudre ce problème, Von-Newmann a dérivé le modèle permettant aux ordinateurs de fonctionner plus rapidement.

Composants

Les composants des modèles de Von-Newmann sont les suivants:

• L'Unité Centrale de Traitement qui peut effectuer des calculs complexes avec des processeurs
• L'Unité de Contrôle qui gère le registre d'instructions et le compteur ordinal
• La mémoire qui stocke et récupère ou produit des données au moment de l'exécution
• Les disques durs externes
• Les périphériques d'entrée et de sortie

Utilisation

Les ordinateurs fabriqués avec ce modèle sont utilisés dans la fabrication:

• d'assembleurs, de compilateurs, d'éditeurs de liens, de chargeurs et d'autres outils d'automatisation programmée
• Dans des langages de haut niveau comme C, C++, Java, etc. qui peuvent également manipuler le code

Type 2: Architecture Harvard

Image Source: wikimedia.org

Le concept du modèle Harvard peut être facilement compris lorsqu'on le compare à l'architecture Von-Newmann.

Le modèle Harvard met en œuvre la séparation du stockage et des trajets uniques pour les instructions et les données. Dans l'architecture de Von-Newmann, les instructions et les données du programme partagent le même espace mémoire.

Histoire

L'architecture Harvard trouve son origine dans l'ordinateur Harvard Mark I basé sur des relais. Les travaux sur cette architecture ont commencé en 1937 et ont été entièrement réalisés en 1944.

Composants

Les composants du modèle Harvard comprennent:

• Unité arithmétique et logique (ALU)
• Unité de contrôle (les deux étaient séparées)
• Mémoire d'instructions (séparée)
• Mémoire de données (séparée)
• Dispositifs d'entrée et de sortie

Utilisation

Les modèles Harvard sont spécifiquement utilisés dans les dispositifs ou applications qui seraient utilisés comme systèmes embarqués. Ils sont couramment utilisés avec les unités centrales de traitement (CPU) dotées de caches.

Type 3: Architecture du jeu d'instructions

Image Source: slideplayer.com

L'architecture des jeux d'instructions (ISA) est un ensemble d'instructions qui comprend à la fois des instructions RISC (Reduced Instruction Set Computer) "Processeur à jeu d'instructions réduit (Reduced instruction set" et CISC (Complex INstruction Set Computer) "Microprocesseur à jeu d'instruction étendu". De nombreux dispositifs tels que les CPU exécutent les instructions décrites par l'ISA.

Histoire

L'architecture de jeu d'instructions a été programmée par IBM dans les années 90.

Composants

Les composants de l'architecture à jeu d'instructions comprennent:

• Instructions
• Modes d'adressage
• Types de données natives
• Architecture de la mémoire
• Interruptions
• Instructions d'E/S externes

Utilisation

L'architecture des jeux d'instructions est un ensemble d'instructions et est donc utilisée pour programmer les dispositifs embarqués.

Type 4: Microarchitecture

La microarchitecture nous montre la représentation logique de la façon dont le microprocesseur fonctionne, est conçu et communique avec ses composants.

Elle comprend également la communication des registres, des bus, des cartes mères qui mettent en œuvre l'architecture du jeu d'instructions. En d'autres termes, nous pouvons dire que l'architecture d'un ordinateur est un mélange d'architecture de jeu d'instructions et de microarchitecture.

Composants

La microarchitecture est la combinaison de l'ALU, des multiplexeurs et d'autres composants et blocs logiques numériques.

Utilisation

Les microarchitectures sont couramment utilisées dans les microprocesseurs et les microcontrôleurs.

Type 5: Conception de systèmes

La conception de systèmes est un processus ou une façon de définir les exigences de l'architecture de l'ordinateur comme les modules, les interfaces, les systèmes complexes, le matériel, les logiciels, etc.

Composants

La conception de systèmes comporte deux composantes ou catégories

• Conception logique
• Conception du matériel (hardware)

Utilisation

Comme son nom l'indique, la conception du système est utilisée pour concevoir l'architecture du système.

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