Informatique · Écoles d'ingénieurs — ENSMR (Mines Rabat)

Architecture des ordinateurs et systèmes d'exploitation

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

L'architecture de Von Neumann repose sur trois unités : l'Unité Centrale de Traitement (CPU), la Mémoire et les Entrées/Sorties. Le CPU contient l'Unité Arithmétique et Logique (UAL) et l'Unité de Contrôle. Le cycle d'instruction est : $Fetch \rightarrow Decode \rightarrow Execute$ . Le système d'exploitation (OS) assure la gestion des ressources (CPU, RAM, disques) et l'interface utilisateur.

Méthodes à maîtriser

Calculer le temps d'exécution d'un programme : $T = N \times CPI \times \frac{1}{f}$ (où $N$ est le nombre d'instructions, $CPI$ le cycle par instruction, $f$ la fréquence).
Identifier les états d'un processus : Prêt, Élu, Bloqué.
Comprendre la hiérarchie mémoire : Registres > Cache > RAM > Disque.

Exemples corrigés

Exemple 1 : Si un processeur a une fréquence de $3 GHz$ , quel est le temps d'un cycle ? $T = \frac{1}{f} = \frac{1}{3 \times 10^9} \approx 0.33 ns$ .
Exemple 2 : Différence entre RAM et ROM ? La RAM est volatile (perd les données sans courant), la ROM est non-volatile (stocke le BIOS).

Erreurs fréquentes

Confondre la mémoire cache (très rapide, intégrée au CPU) avec la mémoire virtuelle (sur le disque dur).
Oublier que le bus de données est bidirectionnel alors que le bus d'adresse est unidirectionnel (du CPU vers la mémoire).

L'essentiel du cours

L'architecture de Von Neumann repose sur trois unités : l'Unité Centrale de Traitement (CPU), la Mémoire et les Entrées/Sorties. Le CPU contient l'Unité Arithmétique et Logique (UAL) et l'Unité de Contrôle. Le cycle d'instruction est : $Fetch \rightarrow Decode \rightarrow Execute$. Le système d'exploitation (OS) assure la gestion des ressources (CPU, RAM, disques) et l'interface utilisateur.

Méthodes à maîtriser

Calculer le temps d'exécution d'un programme : $T = N \times CPI \times \frac{1}{f}$ (où $N$ est le nombre d'instructions, $CPI$ le cycle par instruction, $f$ la fréquence).
Identifier les états d'un processus : Prêt, Élu, Bloqué.
Comprendre la hiérarchie mémoire : Registres > Cache > RAM > Disque.

Exemples corrigés

Exemple 1 : Si un processeur a une fréquence de $3 GHz$, quel est le temps d'un cycle ? $T = \frac{1}{f} = \frac{1}{3 \times 10^9} \approx 0.33 ns$.
Exemple 2 : Différence entre RAM et ROM ? La RAM est volatile (perd les données sans courant), la ROM est non-volatile (stocke le BIOS).

Erreurs fréquentes

Confondre la mémoire cache (très rapide, intégrée au CPU) avec la mémoire virtuelle (sur le disque dur).
Oublier que le bus de données est bidirectionnel alors que le bus d'adresse est unidirectionnel (du CPU vers la mémoire).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

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🎯 Architecture des ordinateurs et systèmes d'exploitation

1/4

Quel composant est responsable des calculs arithmétiques ?

❓ Questions fréquentes

Chno hiya l'farq bin l'RAM o l'Disque dur ?

L'RAM (mémoire vive) hiya mémoire volatile, katkhzen l'données li khdam bihom l'processeur daba.
L'Disque dur (mémoire de masse) hiya mémoire non-volatile, katkhzen l'fichiers dima hta ila tfa l'PC.

💡 À retenir : L'RAM hiya "l'bureau" li khdam 3lih, l'Disque dur howa "l'armoire" fin katkhbi l'khedma.

Kifach n7seb l'temps d'exécution d'un programme ?

Khsek t3ref 3adad l'instructions ( $N$ ).
Khsek t3ref CPI (Cycles Per Instruction).
Khsek t3ref fréquence ( $f$ ) dyal l'processeur.
Tbe9 l'formula : $T = N \times CPI / f$ .

💡 À retenir : Plus la fréquence est élevée, plus le temps est court.

Khsek t3ref 3adad l'instructions ($N$).
Khsek t3ref CPI (Cycles Per Instruction).
Khsek t3ref fréquence ($f$) dyal l'processeur.
Tbe9 l'formula : $T = N \times CPI / f$.

💡 À retenir : Plus la fréquence est élevée, plus le temps est court.

Chno kaywqe3 ila 3mrat l'RAM ?

L'OS kaymchi l'l'espace f l'disque dur (mémoire virtuelle).
Kaybda ydir "swap" (ykhwi l'données li makaytkhdmoch bzaf l'l'disque).
L'PC kaywli bti2 bzaf hit l'disque dur bti2 3la l'RAM.

💡 À retenir : L'mémoire virtuelle hiya 7el مؤقت bach l'PC maytbloqach.

Quel est le rôle de l'Unité de Contrôle ?

Elle décode les instructions et génère les signaux de commande pour diriger les autres composants du processeur.

💡 À retenir : C'est le "cerveau" qui orchestre le travail du CPU.

Qu'est-ce qu'une interruption matérielle ?

C'est un signal envoyé au processeur par un périphérique pour demander une attention immédiate.

💡 À retenir : Cela permet au CPU de ne pas attendre bêtement un périphérique lent.

Pourquoi le bus d'adresse est-il unidirectionnel ?

Parce que seul le CPU a besoin d'envoyer l'adresse de la case mémoire qu'il veut lire ou écrire.

💡 À retenir : Le CPU est le maître, la mémoire est l'esclave.

Qu'est-ce que le "Swapping" ?

C'est le transfert de processus entre la mémoire vive et le disque dur pour libérer de l'espace.

💡 À retenir : Utilisé quand la RAM est saturée.

Quelle est la différence entre un processus et un programme ?

Un programme est un fichier statique sur le disque, un processus est un programme en cours d'exécution.

💡 À retenir : Un programme peut lancer plusieurs processus.

Qu'est-ce que le temps d'accès mémoire ?

Le temps écoulé entre la demande de lecture par le CPU et la réception de la donnée.

💡 À retenir : Plus il est faible, plus le système est performant.

À quoi sert le registre compteur ordinal (PC) ?

Il contient l'adresse de la prochaine instruction à exécuter.

💡 À retenir : Indispensable pour le séquencement.

Qu'est-ce qu'un système d'exploitation temps réel ?

Un système qui garantit une réponse dans un délai strict (ex: pilotage d'avion).

💡 À retenir : La précision temporelle est plus importante que la vitesse pure.

Pourquoi utilise-t-on une mémoire cache ?

Pour réduire l'écart de vitesse entre le processeur (très rapide) et la RAM (plus lente).

💡 À retenir : Elle stocke les données fréquemment utilisées.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un processeur fonctionne à une fréquence de 2 GHz. Un programme comporte $10^6$ instructions avec un CPI moyen de 2. Calculez le temps d'exécution.

Exercice 1

Un processeur fonctionne à une fréquence de 2 GHz. Un programme comporte $10^6$ instructions avec un CPI moyen de 2. Calculez le temps d'exécution.

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Exercice 2

Expliquez le cycle d'instruction (Fetch-Decode-Execute).

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Exercice 3

Soit un système avec 4 Go de RAM. Si un processus occupe 500 Mo et qu'il y a 3 processus identiques, combien reste-t-il de RAM libre si l'OS occupe 1 Go ?

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