L'architecture informatique est la conception et l'organisation des composants et systèmes centraux d'un ordinateur. Cela inclut le processeur, la mémoire, les périphériques d'entrée/sortie et le logiciel qui les contrôle. Comprendre l'architecture informatique peut nous aider à comprendre comment un ordinateur fonctionne et exécute diverses tâches.
Un système informatique peut être décomposé en trois composants principaux : l'unité centrale de traitement (CPU), la mémoire et les périphériques d'entrée/sortie (E/S). Le processeur agit comme le cerveau de l'ordinateur, exécutant les instructions des programmes. La mémoire stocke temporairement ces instructions et données pour un accès rapide, tandis que les périphériques d'E/S facilitent l'interaction entre l'ordinateur et le monde extérieur, comme les claviers, les souris, les écrans et les imprimantes.
Le CPU est le cœur de l'architecture d'un ordinateur. Il est responsable de l'exécution des instructions des applications logicielles, de l'exécution des calculs et de la gestion du flux de données au sein de l'ordinateur. Les performances d'un processeur dépendent de sa vitesse d'horloge, mesurée en Hertz (Hz), et du nombre de cœurs qu'il contient. Une vitesse d'horloge plus élevée et davantage de cœurs signifient généralement des performances plus rapides et plus efficaces.
La mémoire d'un ordinateur est organisée selon une hiérarchie pour plus d'efficacité. Au sommet se trouve le cache, un type de mémoire petit mais rapide qui stocke des copies des données fréquemment consultées à partir de la mémoire principale (RAM). La RAM est plus rapide d'accès que les périphériques de stockage tels que les disques durs (HDD) ou les disques SSD (Solid State Drives), mais elle est volatile, ce qui signifie qu'elle ne conserve pas les données lorsque l'alimentation est coupée. Les disques durs et SSD offrent un stockage non volatile, conservant les données même lorsque l'ordinateur est éteint, mais leur accès est plus lent que la RAM.
Les périphériques d'E/S permettent à un ordinateur de communiquer avec l'environnement externe. Les périphériques d'entrée, comme les claviers et les souris, permettent aux utilisateurs de fournir des informations à l'ordinateur. Les périphériques de sortie, tels que les moniteurs et les imprimantes, présentent des informations aux utilisateurs. Certains appareils, comme les clés USB, peuvent remplir les deux fonctions. Les ordinateurs modernes comprennent également des périphériques réseau qui permettent la connexion à Internet et à d'autres ordinateurs.
L'architecture Von Neumann est un concept fondamental en informatique. Il décrit un système dans lequel le processeur d'un ordinateur fonctionne en lisant ses instructions dans la mémoire. Cette architecture comprend quatre sous-systèmes principaux : l'unité arithmétique et logique (ALU), l'unité de contrôle, la mémoire et les interfaces d'entrée/sortie. L'ALU effectue des calculs mathématiques et des opérations logiques, tandis que l'unité de contrôle interprète les instructions de la mémoire et dicte le fonctionnement de l'ALU.
ISA est la partie de l’architecture informatique visible par le programmeur ou le compilateur. Il sert de frontière entre le logiciel et le matériel, définissant le code machine qu'un processeur peut exécuter. L'ISA spécifie les instructions, les registres, les types de données, les modes d'adressage et l'architecture de la mémoire du processeur. Le fait qu'une architecture soit RISC (Reduced Instruction Set Computing) ou CISC (Complex Instruction Set Computing) influence sa conception et ses caractéristiques de performances.
L'informatique parallèle consiste à diviser un problème en parties pouvant être résolues simultanément, en utilisant plusieurs éléments de traitement. Cette approche peut accélérer considérablement les tâches informatiques par rapport au traitement série. Les processeurs multicœurs, qui contiennent au moins deux cœurs (ou processeurs) indépendants dans un seul boîtier physique, sont conçus pour améliorer les performances grâce au parallélisme. Chaque cœur d'un processeur multicœur peut exécuter des instructions simultanément, permettant un multitâche et un traitement efficaces d'applications complexes.
Dans les systèmes dotés de plusieurs processeurs ou cœurs, la cohérence du cache est cruciale pour garantir qu'une modification des données dans un cache se reflète immédiatement dans les autres. Ceci est important dans les environnements multitraitements, où plusieurs processeurs peuvent avoir besoin d'accéder aux mêmes emplacements mémoire. Les protocoles de cohérence du cache, tels que MESI (Modified, Exclusive, Shared, Invalid), sont utilisés pour maintenir la cohérence entre les caches des systèmes multicœurs.
L'architecture informatique est un vaste domaine qui englobe la conception, la fonctionnalité et l'efficacité des composants et des systèmes informatiques. Comprendre ses concepts clés, tels que le fonctionnement du processeur, la hiérarchie de la mémoire, les périphériques d'E/S, l'architecture Von Neumann, ISA et le traitement parallèle, peut fournir des informations précieuses sur la manière dont les ordinateurs traitent les informations et exécutent les tâches. À mesure que la technologie progresse, la complexité et les capacités des architectures informatiques évoluent également, ce qui stimule l'innovation en matière de performances et d'applications informatiques.
