Architecture des Ordinateurs & Systèmes

Ce cours relie le matériel et le logiciel : il explique comment un processeur moderne exécute les instructions (pipeline, caches, cœurs multiples) puis comment le système d’exploitation partage ce matériel entre de nombreux programmes (processus, mémoire virtuelle, ordonnancement, synchronisation). Ces notions sont indispensables au développeur : elles expliquent pourquoi un programme est lent ou rapide, pourquoi un smartphone Android à processeur ARM consomme peu, pourquoi une application multi-thread de paiement mobile peut perdre des transactions si elle est mal synchronisée. Les calculs du cours sont vérifiés par de petits simulateurs en Python et des programmes C (fork, threads POSIX) exécutables sous Linux.

Objectifs d’apprentissage

• Comprendre en profondeur l’architecture des processeurs modernes : pipelines, caches, RISC/CISC.
• Maîtriser les concepts fondamentaux des systèmes d’exploitation : processus, mémoire, entrées/sorties.
• Analyser les mécanismes de gestion de la mémoire : pagination, segmentation, mémoire virtuelle.
• Appliquer les notions d’ordonnancement des processus et de synchronisation des threads.

Prérequis

Algèbre de Boole & Architecture Numérique (BOO1142) — GELO S1 : numération binaire et hexadécimale, logique combinatoire et séquentielle, structure de base d’un ordinateur (processeur, mémoire, bus). Des bases de programmation en C et en Python sont utiles pour les TP.

Plan du cours

1. Leçon 1 — Architecture du Processeur
2. Leçon 2 — Systèmes d’Exploitation : Concepts Fondamentaux
3. Leçon 3 — Gestion de la Mémoire
4. Leçon 4 — Ordonnancement et Synchronisation

Travaux pratiques

• Simulation du mécanisme de pagination avec translation d’adresses et comparaison des algorithmes de remplacement (leçon 3).
• TP : simulation d’ordonnancement (FCFS, SJF, Round-Robin, priorités) et analyse de la performance d’un système (leçon 4).
• Démonstrations en C sous Linux : fork/wait, condition de course et mutex, producteur-consommateur avec sémaphores.

Modalités d’évaluation

Volume horaire : CM 15 h, TD 8 h, TP 5 h, TPE 32 h, soit 60 h (3 crédits). Évaluation CC + ET : contrôle continu 30 % (TD, TP, quiz), examen terminal 70 %. Nature : mixte (exercices chiffrés et questions de cours).

Bibliographie

• Tanenbaum A., Systèmes d’exploitation, Pearson.
• Patterson D. & Hennessy J., Computer Organization and Design, Morgan Kaufmann.
• Silberschatz A., Galvin P. & Gagne G., Operating System Concepts, Wiley (complément).