Modèle Von Neumann#
John Von Neumann#
L’ordinateur est une machine pensée par le mathématicien et physicien américano-hongrois John Von Neumann. Ce modèle consiste à insérer un programme et les données de ce programme dans une mémoire. Ce programme est exécuté par le processeur de l’ordinateur sans aucune intervention humaine.
Le modèle d’architecture d’un ordinateur créé par Von Neumann se compose en 3 parties:
La mémoire centrale (RAM)
Le processeur (CPU)
Les unités d’entrée et de sortie que sont les différents périphériques comme le disque dur, le clavier et l’écran.
La communication entre ces trois parties est assurée par des circuits électriques appelé bus. Le schéma ci-dessous donne une représentation du modèle d’architecture de Von Neumann.
Mémoire vive d’un ordinateur#
La mémoire centrale appelée RAM (Random Access Memory) ou mémoire vive contient les programmes exécutés par la machine et les données des programmes.
La mémoire centrale se décompose en plusieurs cellules mémoires appelées des mots mémoires.
Chaque mot mémoire est repéré par une adresse unique qui permet au processeur d’accéder aux instructions du programme et aux données.
L’accès à un mot mémoire est dans l’un des trois états suivants : lecture pour récupérer le contenu, écriture pour ajouter ou modifier un contenu ou bien les deux états lecture et écriture.
La mémoire centrale est volatile ce qui signifie que tous les contenus sont effacés lorsque la machine est éteinte.
Enfin, il ne faut pas confondre la mémoire vive avec les mémoires de masse qui sont des mémoires persistantes comme les disques durs et les clés USB.
L’unité centrale ou processeur (CPU)#
Le processeur d’un ordinateur est le cerveau de la machine, constitué de millions de composants électroniques rassemblés sur une puce de très petite taille.
On distingue deux unités dans le processeur : l”unité arithmétique et logique et l”unité de contrôle.
L’unité arithmétique et logique (UAL)
L’unité arithmétique et logique (UAL) effectue les opérations mathématiques et les opérations logiques. Il contient un accumulateur qui est une petite mémoire interne contenant le résultat du dernier calcul effectué et utilisé pour les calculs suivants.
L’unité de contrôle
L’unité de contrôle joue le rôle de chef d’orchestre.
Il exécute les instructions du programme une à une,
Il récupère les données du programme qui se trouvent dans la mémoire vive de l’ordinateur. Ces données sont alors placées dans des registres du processeur qui sont de petits espaces mémoire.
Si un calcul doit être effectué, celui-ci est transmis à l’UAL qui l’effectue aussitôt,
Un compteur de programme compte chaque instruction exécutée du programme. Cela permet aussi au processeur de connaître l’adresse mémoire de la prochaine instruction du programme à exécuter.
L’horloge
Le processeur contient une horloge qui rythme l’exécution des instructions d’un programme et des échanges entre le processeur et la mémoire vive. La fréquence du processeur, exprimée en giga hertz (GHz), indique le nombre d’instructions que le processeur peut réaliser en 1 seconde.
Les bus de communication#
Le processeur et la mémoire vive communiquent par l’intermédiaire de bus. On distingue trois types de bus:
le bus d’adresse qui permet au processseur d’accéder à l’emplacement d’un mot mémoire.
le bus de données qui permet au processeur et à la mémoire d’échanger les contenus d’un mot mémoire.
le bus de contrôle qui indique l’action à réaliser: lecture ou écriture du mot mémoire.
Note
Dans le processeur même, il y a des bus entre l’unité de contrôle et l’unité arithmétique et logique. La recherche et le développement de processeur tente de réduire au maximum ces bus d’échanges qui augmentent les temps d’exécution d’un programme.
Les unités d’entrée-sortie E/S#
La dernière partie de l’architecture de Von Neumann concerne les entrées et sorties connues sous le nom de périphériques. Il existe de nombreux périphériques d’entrée et de sortie En voici quelques exemples:
Les périphériques d'entrée :
Les périphériques de saisies comme le clavier et la souris;
Les manettes de jeu, les lecteurs de code (code barre, qrcode, etc.)
Les scanners, les appareils photos, les webcams, etc.
Les périphériques de sortie :
les écrans et vidéo-projecteurs,
les imprimantes,
les hauts parleurs, etc.
Les périphériques d'entrée et de sortie:
les lecteurs de disques (CD, Blue Ray, etc.)
les disques durs, les clés USB ou les cartes SD,
les cartes réseaux, wifi, etc.