Comprendre ce qui se passe dans la machine
Lorsque nous exécutons un programme Python, affichons une image ou effectuons un calcul, plusieurs composants de l’ordinateur interviennent.
Le programme doit être stocké quelque part, ses instructions doivent être lues et exécutées, et les informations doivent circuler entre les différents composants de la machine.
Ouvrir la « boîte noire »
Un ordinateur réel contient de nombreux composants et son organisation peut être complexe. Pour comprendre son fonctionnement général, il est donc utile d’en construire une représentation simplifiée : un modèle.
Nous utiliserons principalement le modèle de von Neumann. Ce modèle est particulièrement important car son principe d’organisation est à la base de la plupart des ordinateurs généralistes actuels.
Il nous permettra d’identifier les éléments essentiels de cette organisation et de comprendre comment ils coopèrent pour permettre l’exécution d’un programme.
Le parcours
L’étude de l’architecture d’un ordinateur est organisée en trois étapes.
1. Découvrir l’organisation d’un ordinateur
Comprendre l’organisation générale d’un ordinateur à travers le modèle de von Neumann et identifier le rôle de la mémoire, du processeur, des bus de communication et des périphériques.
Cette première étape permettra de comprendre comment ces différents éléments coopèrent pour permettre le fonctionnement de la machine.
2. Comment le processeur exécute-t-il un programme ?
Comprendre comment les instructions d’un programme sont placées en mémoire, récupérées par le processeur puis exécutées.
Nous suivrons notamment les différentes étapes du cycle :
chercher → décoder → exécuter
Cette étude nous conduira également aux registres, à l’unité arithmétique et logique et au langage machine.
3. Des ordinateurs plus performants
Le modèle de von Neumann permet de comprendre les principes fondamentaux d’un ordinateur, mais les machines actuelles utilisent différentes techniques pour améliorer leurs performances.
Nous découvrirons notamment la mémoire cache, le pipeline, le parallélisme et les processeurs multicœurs.
Par où commencer ?
Avant de chercher à comprendre comment une instruction est exécutée, nous devons disposer d’une représentation simple de l’organisation générale d’un ordinateur.