IFT-17583 B et Z

Structure interne des ordinateurs

Guide

Hiver 2001

Cette page est une mise à jour du Guide pédagogique que les étudiants de la section à distance ont obtenu en début de trimestre. Si vous ne l'avez pas, vous pouvez obtenir le Guide  original en format pdf (qui peut être lu avec Acrobat Reader).

 

Semaine du 8 janvier

 Unité 1. Historique et présentation générale

À la fin de cette unité,
bullet vous aurez pris connaissance de l'évolution phénoménale de l'ordinateur depuis ses débuts.
vous connaîtrez l'origine des différents systèmes de numération utilisés de nos jours : binaire, décimal, sexagésimal;
vous comprendrez pourquoi on utilise encore le binaire en informatique;
vous connaîtrez les composantes essentielles de la Machine de von Neumann.
vous aurez également une vue d'ensemble de l'organisation générale d'un ordinateur.

Pour y arriver, vous devez maîtriser les objectifs suivants :
bullet décrire les différents types de réseaux informatiques;
définir ce que sont une unité centrale de traitement (CPU), une mémoire centrale, une unité de commande, une unité arithmétique et logique, des unités d'entrée-sortie, des unités périphériques;
expliquer pourquoi on utilise un code de 7 à 8 bits pour représenter les caractères;
expliquer ce qu'est une cellule de mémoire, un mot mémoire, une adresse, un registre;
décrire les unités de capacité d'une mémoire : K, M, G, et T et les unités de mesure de temps très courts : ms, µs, ns, ps.

Aperçu du contenu

bullet Historique
Développement historique et conceptuel.
Histoire des systèmes de numération.
Progrès au XIXe siècle.
XXe siècle
Naissance de l'ordinateur : 1945
Naissance de l'industrie informatique
Présentation générale
Ordinateur et informatique.
Principaux éléments d'un ordinateur.
Valeurs et acteurs de référence.
Utilisation des ordinateurs.
Développement de logiciel.
Principes de fonctionnement.

Étude


Lire les chapitres 1 et 2 et les pages 469 à 473 du volume de Zanella. Vous trouverez aussi une historique illustrée de l'ordinateur à la page
historique.

 

Semaine du 15 janvier

Unité 2. Représentation interne des informations (1)

 

À la fin de cette unité,

bullet vous saurez comment les caractères et les nombres entiers positifs et négatifs sont représentés dans la mémoire d'un ordinateur.
vous saurez comment on effectue les opérations arithmétiques : addition et soustraction sur des entiers binaires.

Pour y arriver, vous devrez maîtriser les objectifs suivants :

bullet effectuer ces opérations arithmétiques sur des entiers dans n'importe quelle base, en particulier en binaire et en hexadécimal;

Vous serez ainsi en mesure de comprendre pourquoi même un langage moderne de programmation de haut niveau tel que Pascal ou C donnera parfois la réponse -56 lorsqu'on additionne 100 + 100. Vous comprendrez le pourquoi de telles situations, vous saurez comment les détecter et comment les éviter.  
 

Aperçu du contenu

bullet Données non numériques
ASCII
BCD
Unicode, ISO/IEC 10646
Données numériques
Entiers positifs ou nuls
Codages binaire, hexadécimal, octal
Arithmétique binaire et hexadécimale
Addition
Changement de base
Entiers négatifs
Soustraction 

Étude

Lisez les sections 3.1, 3.2, 3.3.1 et 3.3.2 du livre de Zanella et Ligier. Lisez les sections 3.2 et 3.3 du supplément jusqu'à la multiplication binaire. Faites les exercices 1 à 4 de la p. 46 du livre et les exercices 3.1 à 3.8 du supplément.

Vous trouverez sur le site d'Unicode des informations supplémentaires sur leur Standard ainsi que des détails supplémentaires sur Unicode. Ce dernier lien vous permet d'obtenir l'apparence de tous les caractères Unicode sous forme de tableaux.
 
Vous trouverez à la page
ISO/IEC 10646 des informations supplémentaires sur ISO/IEC 10646.

Pour encore d'autres informations sur ISO et IEC, cliquez sur l'icône appropriée.
 

 

Semaine du 22 janvier

 Unité 3. Représentation interne des informations (2)

À la fin de cette unité,
bullet vous saurez comment effectuer la multiplication et la division binaire
vous saurez comment passer díune base à líautre
vous saurez comment sont représentés dans l'ordinateur les nombres fractionnaires et les nombres exprimés en virgule flottante.
vous saurez comment l'ordinateur effectue des calculs sur des nombres utilisant ces représentations.

Pour y arriver, vous devez maîtriser les objectifs suivants :
bullet effectuer la multiplication et la division sur des entiers dans n'importe quelle base, en particulier en binaire et en hexadécimal;
passer d'une base à une autre par différentes méthodes : évaluation à la main, à l'aide de tables, ou à l'aide d'une calculatrice;
passer d'une chaîne de caractères entrée au clavier pour représenter un nombre entier, et la convertir dans le format binaire que comprend l'ordinateur, en passant par la représentation intermédiaire BCD.
convertir la partie fractionnaire d'un nombre décimal dans sa représentation binaire et vice-versa;
convertir un nombre réel dans sa représentation en virgule flottante;
effectuer les quatre opérations arithmétiques sur des nombres en virgule flottante

Aperçu du contenu

bullet Multiplication binaire
Division binaire
Nombres fractionnaires
La virgule flottante
Arithmétique en virgule flottante

Étude

Lisez la section 3.3.3 du livre de Zanella et Ligier et la section 3.3.3 du supplément. Faites les exercices 5 à 8 aux pages 46 et 47 du livre. Faites les exercices 3.9 à 3.16 du supplément.

Vous trouverez plus d'information sur la multiplication binaire, la division binaires, les conversions et la virgule flottante dans les Exemples.

 

Semaine du 29 janvier

Unité 4 : Logique combinatoire (1)

À la fin de cette unité, vous comprendrez le fonctionnement des principaux éléments d'un ordinateur : décaleur, additionneur, unité logique et arithmétique. Pour y arriver, vous devrez avoir atteint les objectifs suivants :
bullet décrire le fonctionnement et les propriétés des portes logiques, de circuits combinatoires simples tels que le décodeur, le multiplexeur et le démultiplexeur;


Assembleur : À partir de cette unité, nous abordons en parallèle l'étude de l'assembleur du Pentium. En guise de préparation, il faudra atteindre le objectifs suivants :
bullet décrire ce qu'est le langage machine
distinguer entre traduction et interprétation
ce qu'est le langage d'assemblage ou assembleur
décrire le fonctionnement de l'assembleur

Aperçu du contenu
bullet Notion de circuit logique
Circuits combinatoires

- Algèbre de Boole
- Fonctions d'une variable
- Fonctions de deux variables

Étude

Lisez les sections 5.1 à 5.2.3 du livre de Zanella et Ligier et faites les exercices 1 et 2 à la fin du chapitre (pages 105 et 106). Lisez la sections 5.1 du Supplément et faites les exercices 5.1 à 5.5 à la fin.
Assembleur : Lire le chapitre 13 et la section 14.3 du livre de Zanella et Ligier

 

Semaine du 5 février

 Unité 5. Logique combinatoire (2)

 

À la fin de cette unité, vous pourrez analyser un circuit combinatoire existant et synthétiser un circuit combinatoire à partir de sa table de vérité.
À cette fin, vous devrez avoir atteint les objectifs suivants :
bullet utiliser les théorèmes et les identités de l'algèbre de Boole pour synthétiser un circuit à partir de sa table de vérité et simplifier le résultat obtenu.


Assembleur : À la fin de cette unité vous connaîtrez l'architecture du Pentium du point de vue du programmeur. Pour y arriver, vous devrez avoir atteint les objectifs suivants :
bullet énumérer les registres du Pentium accessibles au programmeur.
énumérer les indicateurs usuels et décrire leur rôle.

 

Aperçu du contenu

bullet Analyse d'un circuit combinatoire
Multiplexeurs et démultiplexeurs
Décodeurs, codeurs, transcodeurs
Synthèse d'un circuit combinatoire

 

Étude


Lire la section 5.2.4 du livre de Zanella et Ligier et effectuer les exercices 3 à 5 à la fin du chapitre (p. 106). Lire les sections 5.2.4 à 5.2.7 dans le Supplément et effectuer les exercices 5.6. à 5.10 à la fin.
Assembleur : Lisez les sections 1, Introduction et 2, Architecture du Pentium dans la partie Initiation à l'assembleur du supplément.

Vous trouverez à cette page díautres informations sur líarchitecture du Pentium II.

 

 

Semaine du 12 février

Unité 6. Logique séquentielle


À la fin ce cette unité, vous comprendrez le fonctionnement des circuits séquentiels (à mémoire) utilisés dans les ordinateurs.
Pour y arriver, vous devrez avoir atteint les objectifs suivants :
bullet décrire le fonctionnement d'un automate fini;
distinguer un circuit asynchrone d'un circuit synchrone;
synthétiser un circuit séquentiel synchrone simple;
analyser un circuit séquentiel synchrone simple.


Aperçu du contenu

bullet Logique séquentielle
Bistable RS ou SR
Bascule RS synchronisée
Bascule D
Bascule T
Compteur asynchrone
Usage díune bascule comme mémoire

 

Étude


Lisez la fin du chapitre 5 du livre de Zanella et Ligier ainsi que la fin du chapitre 5 du supplément. Faites les exercices 6 à 8 à la fin du chapitre.
Assembleur : Lisez les sections 3, Outils de programmation, et 4, Types de données dans le supplément sur l'assembleur. Installez dans votre ordinateur MASM32, que vous pouvez vous procurer gratuitement (voir Supplément p. 129). Installez également un débogueur. Faites les exercices aux pages 160 et 166 du supplément.


Semaine du 19 février

 Unité 7 : Mémoires : mémoire centrale


À la fin de cette unité, vous comprendrez comment fonctionne la mémoire centrale d'un ordinateur et les différentes stratégies utilisées pour améliorer sa performance.
Pour y arriver, vous devrez atteindre les objectifs suivants :
bullet différencier une mémoire dynamique (DRAM) díune mémoire statique (SRAM);
différencier une mémoire vive (RAM) díune mémoire morte (ROM);
décrire le fonctionnement des trois types de mémoire cache (antémémoire) : à correspondance directe, associative, associative par ensemble de blocs;
évaluer quantitativement líorganisation des mémoires.


Assembleur : Vous apprendrez comment sont implantées les structures de contrôle des langages de haut niveau. Pour y arriver, vous aurez atteint les objectifs suivants :
- savoir implanter les structures if-then-else, for, while, switch.
- décrire comment les branchements s'effectuent en fonction de la valeur des indicateurs.

Aperçu du contenu

bullet Mémoires à semi-conducteurs
Structure physique de la mémoire centrale
Mémoire cache

 

Étude


Lisez le chapitre 7.1 à 7.3 de Zanella et Ligier et les sections correspondantes du supplément. Effectuez les exercices 1 à 5 à la p. 171 du livre et les exercices 7.1 et 7.2 de la page 62 du supplément.

Assembleur : Lisez la section intitulée 5. Structures de contrôle dans le supplément sur l'assembleur. Faites les exercices de la page 173 du supplément.

 Pour des informations détaillées sur des mémoires réelles, vous pouvez consulter le site d'IBM.

 

Semaine du 26 février

 

Unité 8. Mémoires : mémoire auxiliaire


À la fin de cette unité, vous connaîtrez les principes de líenregistrement de masse et les aspects leur gestion par le système díexploitation de líordinateur.
Pour y arriver, vous devrez atteindre les objectifs suivants : Pour y arriver, vous devrez atteindre les objectifs suivants :
bullet décrire le principe de l'enregistrement magnétique;
décrire quelques techniques díenregistrement magnétique : RZ, NRZ, NRZI, PE;
décrire quelques techniques de codage sur disque : FM, MFM, GCR, RLL;
décrire le fonctionnement d'un disque magnétique dur ou souple;
décrire le fonctionnement d'un disque optique numérique;
évaluer quantitativement líorganisation des disques.


Assembleur : À la fin de cette unité, vous saurez comment on réfère aux opérandes mémoire et connaîtrez quelques instructions de base du Pentium.

Aperçu du contenu
bullet Mémoire auxiliaires
Enregistrement magnétique
Disques magnétiques
Cartouches et bandes magnétiques
Disques optiques numériques


Étude

Lisez la fin du chapitre 7 du livre de Zanella et Ligier et les sections correspondantes du supplément. Faites les exercices 7.3 et 7.4 à la page 62 du supplément.

Assembleur : Lisez les sections 6, Modes d'adressage et 7, Instructions de base dans le supplément sur l'assembleur. Faites les exercices au pages186 et 196 du supplément.

 

Semaine du 5 mars

Semaine de lecture 

 

Semaine du 19 mars

 Unité 9. Unité centrale de traitement


À la fin de cette unité, vous connaîtrez le fonctionnement de l'unité centrale de traitement d'un ordinateur.
Pour y arriver, vous devrez atteindre les objectifs suivants :
bullet décrire les différentes composantes d'une unité centrale de traitement et leur rôle : unité de commande, séquenceur, unité arithmétique et logique, compteur ordinal, registre díinstruction, horloge;
décrire la structure d'une instruction de niveau machine;


Assembleur : À la fin de cette unité, vous saurez comment sont implantées les quatre opérations arithmétiques : addition, soustraction, multiplication et division. Vous saurez comment effectuer ces opérations sur les opérandes dont la taille dépasse celle des registres du processeur. Pour y parvenir, vous devrez maîtriser les objectifs suivants :
bullet décrire les instructions add, sub, mul, div ainsi que sal, sar, shl et shr.
expliquer le fonctionnement des programmes de précision multiple.

Aperçu du contenu
bullet Architecture
Unité de commande
Synchronisation des opérations
Séquenceur
Niveaux de programmation
Structure des instructions niveau machine
Jeu d'instructions
Registres du CPU
Adressage des opérandes
Taille de l'adresse et taille de la mémoire
Unité arithmétique et logique (UAL)

Étude


Lisez le chapitre 8 du livre de Zanella et Ligier. Effectuez les exercices 1 à 7 à la fin du chapitre et l'exercice 8.1 à la page 66 du supplément.
Assembleur : Lisez la section 8, Instructions arithmétiques, dans le supplément sur l'assembleur. Faites les exercices à la page 208 du supplément.

 

Semaine du 26 mars

 Unité 10. Superordinateurs et microprocesseurs

À la fin de cette unité, vous aurez un aperçu des nouvelles technologies utilisées pour améliorer la performance des ordinateurs, du microprocesseur au superordinateur. Vous saurez ce qu'est un processeur RISC et comment le pipeline et la mémoire cache sont utilisés pour en augmenter la performance.
Pour y parvenir, vous devrez maîtriser les objectifs suivants :
bullet décrire les principes de líarchitecture RISC ;
décrire le fonctionnement díun pipeline ;


Assembleur : À la fin de cette unité, vous saurez comment on peut programmer en assembleur les conversions usuelles binaire décimal et décimal binaire. Pour y parvenir, vous devrez atteindre les objectifs suivants :
bullet écrire les principaux algorithmes de conversion entre le décimal et le binaire.

Aperçu du contenu

bullet Accroissement de la puissance des ordinateurs
Technologie et performance
Évaluation de la performance
Superordinateurs
Machines parallèles
Microprocesseurs
RISC, CISC et architectures super scalaires
Micro-Ordinateurs et stations de travail
Nouvelles architectures

Étude


Lisez le chapitre 9 du livre de Zanella et Ligier et le chapitre 9 du supplément.
Assembleur : Lisez la section 9, Conversionss du supplément sur l'assembleur. Faites les exercices à la page 216 du supplément.


Semaine du 2 avril

Unité 11. Entrées / sorties

À la fin de cette unité, vous aurez une vue díensemble de différents périphériques díentrée-sortie et des différentes procédures par lesquelles líordinateur les gère.
Pour y arriver, vous devrez atteindre les objectifs suivants :
bullet décrire les principaux types de terminaux et díécrans;
évaluer numériquement líencombrement mémoire requis par une image couleur ainsi que le débit nécessaire pour líafficher dans un temps donné;
décrire les principaux types díimprimante;
décrire le fonctionnement díune entrée-sortie par DMA;
décrire le fonctionnement díun système díinterruptions hiérarchisées.


Assembleur : À la fin de cette unité vous saurez comment la pile est utilisée pour passer les paramètres aux sous-programmes, effectuer l'allocation dynamique des variables locales de ces sous-programmes et implanter la récursivité. Pour y arriver, vous devrez atteindre les objectifs suivants :
bullet Comprendre le fonctionnement des instructions push et pop.
Décrire les différents modes de passage des paramètres
Décrire un bloc de pile
Décrire le fonctionnement d'un programme récursif

Aperçu du contenu

bullet Évolution.
Terminaux interactifs.
Imprimantes.
Digitaliseurs.
Architectures et procédures d'entrée-sortie.
Système d'interruption.

Étude


Lire le chapitre 10 du livre de Zanella et Ligier ainsi que le chapitre 10 du supplément. Effectuer les exercices à la fin du chapitre 10 du livre et les problèmes à la fin du chapitre 10 du supplément.
Assembleur : Lisez la section 10, La Pile dans le supplément sur l'assembleur. Faites les exercices à la page 227 du supplément.

 

Semaine du 9 avril

Unité 12. Téléinformatique / réseaux


À la fin de cette unité, vous aurez une vue díensemble du matériel informatique qui supporte les réseaux informatiques
Pour y arriver, vous devrez atteindre les objectifs suivants :
bullet comprendre le fonctionnement de la transmission série synchrone et asynchrone;
pouvoir décrire le fonctionnement díun modem;
évaluer le débit maximum díune voie de transmission.
décrire les principaux types et les différentes topologies de réseau.


Assembleur : À la fin de cette unité, vous saurez comment fonctionne une interruption logicielle et une interruption matérielle. Pour y arriver, vous devrez maîtriser les objectifs suivants :
bullet décrire le fonctionnement de l'instruction INT.
décrire ce qu'est un vecteur d'interruption.
décrire le fonctionnement d'un contrôleur d'interruptions programmable (PIC).

Aperçu du contenu

bullet Évolution. Introduction aux réseaux.
Voies de transmission.
Transmission analogique et modulation.
Transmission digitale et modulation.
Multiplexage.
Réseaux d'ordinateurs.

Étude


Lire les sections 11.1 à 11.4 du livre. Lire le chapitre 11 du supplément. Effectuer les exercices 1 à 6 à la fin du chapitre 11 du livre et les exercices 11.1 et 11.2 de la page 79 du supplément
Assembleur : Lisez la section 11, Interruptions dans le supplément sur l'assembleur.


Semaine du 16 avril

Unité 13. Systèmes d'exploitation



À la fin de cette unité, vous aurez acquis une connaissance de deux fonctionnalités importantes díun système díexploitation étroitement liées au matériel : la gestion de mémoire centrale et la gestion de fichiers.
Pour y arriver, vous devrez atteindre les objectifs suivants :
bullet décrire les principales fonctionnalités d'un système d'exploitation moderne.
décrire le fonctionnement díun système de mémoire virtuelle.
décrire un système de gestion de fichiers tel que celui de MS-DOS et celui de Unix.


Assembleur : À la fin de cette unité, vous aurez abordé l'assembleur standard, avec ses directives, l'assemblage conditionnel et les macros. Pour parvenir, vous devrez maîtriser les objectifs suivants :
bullet décrire les principales directives de l'assembleur MASM.
décrire ce qu'est une macro, ses avantages et ses inconvénients.

Aperçu du contenu

bullet Introduction au logiciel d'exploitation
Évolution des systèmes d'exploitation
Caractéristiques des systèmes d'exploitation
Noyau
Gestion de la mémoire centrale.
Partitions de taille fixe.
Partitions de taille variable.
Translation dynamique et protection.
Segmentation.
Notion de mémoire virtuelle.
Pagination.
Organisation des entrées-sorties
Gestion de fichiers.
Allocation des ressources
Interface utilisateur
Systèmes actuels

Étude

Lire le chapitre 12 du livre de Zanella et Ligier. Lire le chapitre 12 du supplément. Effectuer les exercices à la fin du chapitre 12 du livre et les exercices 12.1 à 12.6 de la page 92 du supplément.
Assembleur : Lisez la section 12, Directives d'assemblage et macros dans le supplément sur l'assembleur.

Dernière mise à jour : 2001-01-03