Cours Architecture des ordinateurs - PDF Gratuit

Introduction à Architecture des ordinateurs

Architecture des ordinateurs présente les principes fondamentaux et les composants essentiels qui constituent une machine informatique. Ce cours aborde les différentes couches de l'architecture, depuis la couche physique avec les circuits électroniques jusqu'à la gestion des instructions et de la mémoire.

ISA (Instruction Set Architecture) : le jeu d'instructions qui définit l'interface entre matériel et logiciel. Ce cours se concentre principalement sur les architectures de type RISC, avec des comparaisons aux architectures CISC. Les exemples de compilation utilisent principalement le langage C et, ponctuellement, le C++.

Il offre une compréhension progressive des mécanismes internes des ordinateurs, incluant la représentation des données, les opérations binaires, la conception des microprocesseurs, ainsi que les notions liées à la mémoire et à la compilation des programmes.

Ce que vous allez apprendre

• Analyser la structure physique et logique des circuits électroniques utilisés dans les ordinateurs.
• Configurer et comprendre les états et signaux de contrôle dans une architecture microprogrammée.
• Mettre en place des programmes en langage machine et assembler des instructions bas niveau.
• Comprendre la hiérarchie mémoire, y compris la mémoire cache, pour optimiser les accès aux données.

Prérequis

• Connaissances de base en logique binaire et en systèmes numériques.
• Familiarité avec les concepts élémentaires des systèmes informatiques.
• Environnement de programmation en langage d'assemblage ou compréhension du langage machine.

Aperçu des modules

• Représentations binaires et codages : maîtriser conversions, compléments et opérations arithmétiques binaires.
• Couches physique et logique : étudier transistors, portes logiques, circuits séquentiels et combinatoires.
• ISA : définir l'interface instructionnelle entre matériel et logiciel, jeux d'instructions et hiérarchie mémoire.
• Assembleur et langage bas niveau : écrire et déboguer programmes en langage machine et assembleur.
• Traduction, compilation et interprétation : étudier chaînes de compilation, optimisation et génération de code machine.
• Procédures, pile et pointeur de pile : gérer appels, variables locales et sauvegarde de contextes d'exécution.
• Périphériques et interruptions : concevoir gestion matérielle par interruptions et communication avec contrôleurs externes.
• Carte de référence et bibliographie : rassembler tables, schémas, et ressources pour approfondissement et application.

Applications pratiques

• Conception et compréhension des architectures matérielles: ce cours facilite la maîtrise des couches physiques, logiques et ISA, indispensables pour développer ou optimiser des processeurs simples.
• Développement logiciel bas niveau: apprendre à programmer en langage d'assemblage et à manipuler les instructions machine permet d'optimiser les performances en s'adaptant à l'architecture matérielle.
• Optimisation et compilation: comprendre le fonctionnement des compilateurs, avec leurs phases frontend et backend, aide à améliorer la traduction des langages de haut niveau en code machine efficace.

Pour qui ce PDF?

Ce support s'adresse aux étudiants en informatique souhaitant acquérir les bases de l'architecture des ordinateurs, aux passionnés désirant comprendre l'implémentation matérielle des systèmes, ainsi qu'aux développeurs cherchant à approfondir leurs connaissances sur le lien entre logiciel et matériel.

Questions fréquentes

Comment le cours explique-t-il la gestion de la mémoire cache pour améliorer la performance?

Le cours décrit une hiérarchie mémoire où une petite mémoire rapide (SRAM) dite cache est placée entre le processeur et la mémoire principale (DRAM), utilisant les notions de hit ratio et miss ratio pour calculer le temps moyen d'accès à la mémoire.

Quels sont les types de mémoires volatiles abordés dans le cours et leurs caractéristiques essentielles?

Le cours présente la mémoire SRAM, utilisée pour les caches (L1, L2, L3), qui est volatile, offre un temps d'accès d'environ quelques nanosecondes, et permet une densité d'intégration élevée grâce à l'utilisation de moins de transistors que les registres.

Quels logiciels sont mentionnés comme outils pour accompagner les travaux pratiques?

Le cours utilise notamment Logisim pour la simulation des circuits logiques, ainsi que des outils LaTeX, Inkscape, Ipe, et extensions comme circuitikz et tikz-timing pour la rédaction et illustration du contenu.

Mis à jour le 06/04/2026