Principes de Fonctionnement
des Ordinateurs

- Entrées-sorties -

Frédéric Boulanger
frederic.boulanger@centralesupelec.fr

CentraleSupélec
3e année mention Science du logiciel

Entrées-sorties

Architecture de von Neumann

unité arithmétique et logique (UAL) OK
mémoire (données et programme) OK
unité de contrôle (séquençage des instructions) OK
dispositifs d'entrée-sortie ?

Entrées-sorties

  • faire entrer des informations extérieures dans le processeur
  • communiquer des informations du processeur vers l'extérieur
  • comment s'adresser à l'extérieur ?
    • de la même façon qu'à la mémoire
    • certaines adresses correspondent à l'environnement
      • lecture = acquisition, entrée
      • écriture = action, sortie
    • interface entre données et monde physique : coupleur

Entrées-sorties pour notre processeur

  • la sortie du RADM devient le bus d'adresse
  • on réserve la moitié des adresses pour les E/S
  • chaque périphérique compare l'adresse sur le bus avec la sienne
  • circuit – code – listing

Entrées-sorties

Périphériques plus complexes

  • le contrôleur possède plusieurs registres
  • ces registres pilotent des signaux plus complexes
  • exemple : contrôleur de disque dur

Bus

Bus

Rôle

  • transporter les données
  • éviter les liaisons point à point
  • connecter différents types de périphériques

Nature

  • série : transmission bit par bit
  • parallèle : transmission mot à mot
  • synchrone : échanges régis par une horloge
  • asynchrone : échanges régis par un protocole

Bus synchrone

Principe

  • une horloge indique quand échanger les données

Cycle de lecture

Cycle d'écriture

Bus asynchrone

Principe

  • un protocole permet de savoir quand échanger les données (handshake)

Cycle de lecture

Cycle d'écriture

Arbitrage

Et si plusieurs maîtres demandent le bus en même temps ?

  • un maître ne peut demander le bus que s'il est libre
  • si plusieurs maîtres le demandent en même temps
    il faut en choisir un seul : arbitrage

Méthodes d'arbitrage

  • choisir le maître qui a l'adresse la plus grande
  • donner tour à tour la priorité à chacun des maîtres
  • n'en choisir aucun et les laisser réessayer

Critères de choix

Bus parallèle

  • liaisons courtes (beaucoup de fils)
  • débit élevé (2 Go/s pour le PCI-X 2.0, 64 bits à 266MHz)
  • bus CPU-mémoire (synchrone) : DDR-400, 64 bits, 200MHz, 3,1Go/s

Bus série

  • liaisons longues (peu de fils)
  • débit de plus en plus élevé (40 à 80 Gbits/s pour l'USB 4)
  • possibilité de chaîner les périphériques
  • souris, clavier, imprimante (USB)

Les problèmes de disparité des temps de propagation (skew) sur les bus
parallèles à haute fréquence font qu'ils sont remplacés par des bus séries.
• PCI \(\rightarrow\) PCIe (4 Go/s par ligne),
• ATA (disques durs) \(\rightarrow\) SATA (6 Gb/s),
sauf le bus mémoire qui reste très court.

Bus d'un ordinateur

Suite…

Interruptions