Architecture des machines

Introduction

I)- Présentation générale.

I.1)- Introduction.

C'est en 1945 que l'ENIAC premier calculateur numérique est né à l'Université de Pensylvanie. Ses architectes sont J. Eckert et J. Mauchly. Il s'agit d'une machine universelle, programmable, utilisant le système décimal, entièrement électronique. Elle peut multiplier 2 nombres de 10 chiffres en quelques millisecondes. Elle est construite autour d'une vingtaine de milliers de tubes électroniques et pèse 30 tonnes. Elle est entièrement programmable mais les programmes sont cablés sur des cartes enfichables ce qui rend difficile tout changement de programme. Ces contraintes font que l'ENIAC n'est pas aujourd'hui considéré comme le premier ordinateur avec le sens que l'on donne maintenant à ce terme.

Fin 1945 le mathématicien John Von Neumann, associé au projet ENIAC, propose la construction de l'EDVAC. La très grande originalité de Von Neumann est de proposer d'enregistrer le programme en mémoire. La machine gagne en souplesse, en rapidité, les instructions et les données sont placées dans la mémoire, le programme effectue des calculs et au vu des résultats intermédiaires décide des actions futures. Le déroulement du programme obéit à des décisions logiques ce qui permet d'effectuer des sauts conditionnels vers d'autres parties du programme.

On peut dire qu'avec ce concept de programme enregistré l'ordinateur est né. Les caractéristiques de l'ordinateur de Von Neumann peuvent se résumer ainsi :

• c'est une machine universelle pilotée par programme,

• le programme est enregistré en mémoire et les instructions sont codées sous

forme numérique,

• le programme peut modifier ses instructions qui s'exécutent en séquence,

• des instructions de rupture de séquence existent.

Par ailleurs Von Neumann précise l'architecture de sa machine (architecture de Von Neumann).

Elle est organisée autour de 5 modules :

• l'unité arithmétique et logique (UAL),

• l'unité de commande,

• la mémoire centrale,

• l'unité d'entrée,

• l'unité de sortie.

Enfin Von Neumann précise que pour qu'un tel système soit réellement efficace il doit être électronique et fonctionner selon la numération binaire.

Ce sont les principes de Von Neumann qui ont présidé à la conception des ordinateurs jusqu'à nos jours : les machines actuelles sont construites selon l'architecture de Von Neumann.

Joelle Delacroix, Alain Cazes Architecture des machines et Systèmes informatiques

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Introduction

Le premier ordinateur fonctionnant selon ces principes a été réalisé en 1949 par M. Wilkes à Cambridge : l'EDSAC. Ce n'est donc pas Von Neumann qui réalisa le premier ordinateur fonctionnant selon les principes qu'il avait écrits. L'EDVAC ne verra le jour que deux ans après la machine réalisée par Wilkes.

De 1950 à 1960 les ordinateurs sont construits à l'aide de tubes électroniques. Les acteurs principaux sont UNIVAC, IBM et CONTROL DATA. Le plus grand défaut de ces ordinateurs de première génération est le manque de fiabilité.

A partir de 1960 l'utilisation des transistors commence à intervenir dans la construction des ordinateurs. Cette deuxième génération est marquée par un accroissement des vitesses et de la fiabilité, une diminution des coûts et de la taille. C'est la naissance des mini-ordinateurs, plus petits, plus performants et de coût plus faible.

Vers 1970 apparaissent les circuits intégrés, permettant de réaliser des puces (chips) contenant sur une plaquette plusieurs dizaines de circuits électroniques. Là encore les performances et la fiabilité augmentent alors que les coûts baissent. Ce sont les ordinateurs de troisième génération.

En quelques années on sait réaliser des puces contenant des milliers (1980) puis des millions (1990) de transistors. Ce sont les ordinateurs de quatrième génération qui sont de plus en plus compacts et pour lesquels les premières unités périphériques de grandes capacités font leur apparition. C'est aussi durant la quatrième génération que se fait le rapprochement entre informatique et télécommunications : on voit alors apparaître les applications distribuées où les réseaux jouent un rôle considérable.

On peut penser que si la loi de Moore (sur une surface donnée on peut intégrer 4 fois plus de transistors tous les 3 ans) continue d'être vraie pour les prochaines années, l'intégration sera de plus en plus grande, les ordinateurs de plus en plus rapides, la fiabilité de plus en plus grande. Par ailleurs, le coût diminuera. C'est cette intégration qui pourrait caractériser les ordinateurs de cinquième génération.

Le futur informatique profitera probablement de ces nouvelles technologies pour développer des ordinateurs plus compacts, plus fiables, plus rapides et moins coûteux mais s'appuiera aussi certainement sur le développement de nouvelles applications utilisant de manière intensive les réseaux de communication permettant des échanges rapides de données au travers de la planète. Le World Wide Web et l'internet préfigurent cette évolution.

Parallèlement des recherches sur les nouvelles architectures se développent et l'on commence à proposer des architectures différentes de celle proposée par Von Neumann.

En résumé, depuis sa création, l'ordinateur a évolué vers une plus grande compacité, une plus grande fiabilité, des performances accrues, l'introduction d'unités périphériques performantes et de grandes capacités et une diminution

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des coûts. En revanche, les principes énoncés par Von Neumann

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