Architecture des ordinateurs 2

Ce cours d’Architecture des ordinateurs (partie 2) fait suite à la partie 1 du semestre 1, consacrée au codage de l’information et à la classification des machines. Il ouvre maintenant le « capot » de l’ordinateur pour étudier ses composants internes — processeur, mémoires, bus, interfaces et périphériques — et leur fonctionnement : exécution des instructions, hiérarchie mémoire, RAM et ROM, BIOS/UEFI, interruptions, accès direct à la mémoire (DMA) et unité de gestion mémoire (MMU). Chaque notion est reliée aux enjeux de sécurité qu’un technicien en cybersécurité rencontre : démarrage sécurisé, protection mémoire, isolement des processus, attaques par accès direct à la mémoire et contre-mesures matérielles.

Objectifs d’apprentissage

• Décrire l’architecture de von Neumann et le rôle de chaque composant interne.
• Expliquer le cycle d’exécution d’une instruction et calculer le temps d’exécution d’un programme (fréquence, CPI, pipeline).
• Décrire la hiérarchie mémoire (registres, caches, RAM, stockage), distinguer RAM et ROM et expliquer le rôle du BIOS/UEFI.
• Calculer une capacité d’adressage et un débit de bus ; comparer les interfaces (PCIe, SATA, USB).
• Expliquer les mécanismes d’entrée-sortie : scrutation, interruptions, DMA.
• Expliquer la mémoire virtuelle et la MMU, et leur rôle dans la protection des processus.

Prérequis

Partie 1 du cours (numération binaire et hexadécimale, unités, codage des données).

Plan du cours

1. Leçon 1 — Le processeur et l’exécution des instructions
2. Leçon 2 — La mémoire : hiérarchie, RAM, ROM et BIOS/UEFI
3. Leçon 3 — Bus, interfaces et périphériques
4. Leçon 4 — Interruptions, DMA et MMU : le fonctionnement interne avancé

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 27 h de CM, 13 h de TD, 0 h de TP et 40 h de TPE (4 crédits). Évaluation : contrôle continu (TD, interrogations, quiz) 40 % et examen terminal écrit 60 %.

Bibliographie

• Andrew S. Tanenbaum, Todd Austin, Structured Computer Organization, Pearson.
• David A. Patterson, John L. Hennessy, Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, Morgan Kaufmann.
• John L. Hennessy, David A. Patterson, Computer Architecture: A Quantitative Approach, Morgan Kaufmann.
• William Stallings, Computer Organization and Architecture, Pearson.
• Andrew S. Tanenbaum, Herbert Bos, Modern Operating Systems, Pearson (chapitre sur la gestion de la mémoire).