L'unité d'enseignement « Architecture matérielle des ordinateurs » est une UE de niveau (300) spécialisation relevant de la licence d'informatique. Elle possède un volume de 6 ECTS et s'étend sur 12 semaines. Elle est placée sous la responsabilité de GREINER, alain.

Description

Ce module de niveau L3 est un complément naturel du module "Machine et Représentation" proposé au niveau L2. Il possède un double objectif : - présenter l'architecture interne du processeur MIPS R3000, dont le jeu d'instructions a été présenté au niveau L2, de façon à permettre aux étudiants de comprendre en détail comment le processeur exécute les instructions, - présenter l'architecture générale et les principes de fonctionnement d'un ordinateur : communications entre le processeur, la mémoire, les disques, et les différents organes périphériques.

Le module se décompose en quatre parties :

• La première partie vise à préciser le lien entre les outils mathématiques qui fondent l'architecture des ordinateurs (algèbre de Boole et théorie des automates synchrones) et la réalisation matérielle (portes logiques, registres, etc.).
• La deuxième partie est un rappel de l'architecture externe (jeu d'instructions) du processeur MIPS R3000, qui a été présentée au niveau L2 dans le cadre du module "Machine et représentation". On vise à préciser et à approfondir les points délicats de l'interface matériel/logiciel : gestionnaire d'interruptions, appels systèmes et exceptions.
• La troisième partie présente l'architecture interne du processeur MIPS R3000 dans une réalisation microprogrammée : structure de la partie opérative, partie contrôle réalisée comme un automate d'états synchrone, décomposition d'une instruction en micro-instructions, langage de microprogrammation.
• La quatrième partie porte sur l'architecture générale d'un ordinateur: hiérarchie mémoire et mémoires caches, bus système, contrôleurs d'entrées/sorties sur disque, mécanismes de communication entre le processeur et ses périphériques.

Préalables et buts pédagogiques

Bibliographie

• "MIPS R3000 architecture" Manuel de référence du processeur MIPS R3000.

• "Architecture des ordinateurs : Interface Matériel/Logiciel" John Hennessy / David Patterson chez McGraw-Hill

Contenu indicatif par semaine

1. Algèbre de Boole et circuits intégrés MOS. Réalisation matérielle des opérateurs combinatoires.

2. Principe de fonctionnement des circuits numériques synchrones. Réalisation matérielle des registres.

3. Automates d'états synchrones. Méthode générale de synthèse des automates de Moore.

4. Rappel architecture externe du processeur MIPS R3000. Langage machine et jeu d'instructions.

5. Mécanismes de traitement des interruptions, exceptions et appels systèmes. Mode "utilisateur" et mode "superviseur".

6. Architecture logicielle d'un gestionnaire d'interruptions/exceptions minimal.

7. Architecture interne du processeur MIPS R3000. Architecture détaillée de la partie opérative.

8. Définition du langage de microprogrammation. Réalisation de la partie contrôle comme un automate de Moore.

9. Architectures de processeurs CISC, RISC et superscalaire. Principe du pipeline synchrone.

10. Bus système. Principe des communications entre le processeur et les périphériques. Contrôleur DMA.

11. Hiérarchie mémoire et mémoires caches. Evaluation de l'impact du système mémoire sur les performances.

12. Principe de la mémoire virtuelle. Pagination et segmentation.