Architectures matérielles

SoC, modèle de Von Neumann, mémoires RAM, ROM, cache.

Modèle de Von Neumann

Les 4 composants: Unité de Contrôle (UC) : lit, décode et ordonne l'exécution des instructions. Unité Arithmétique et Logique (UAL) : effectue les calculs et opérations logiques. Mémoire centrale : stocke programmes et données de façon identique. Entrées/Sorties : communication avec l'extérieur (clavier, écran, réseau).
Cycle fetch-decode-execute: Le processeur fonctionne en cycles répétés : FETCH (lire l'instruction en mémoire à l'adresse pointée par le PC — Program Counter), DECODE (interpréter l'instruction), EXECUTE (exécuter l'opération dans l'UAL). La fréquence d'horloge mesure le nombre de cycles par seconde (GHz).

Registres, cache, RAM, ROM, stockage: Du plus rapide/petit au plus lent/grand : Registres (processeur, ps, quelques octets) → Cache L1/L2/L3 (ns, Mo) → RAM (ns, Go) → SSD/HDD (µs-ms, To). La localité des données (spatiale et temporale) permet au cache d'être efficace malgré sa petite taille. ROM : mémoire permanente stockant le BIOS/firmware.
SoC (System on a Chip): Circuit intégré regroupant sur une seule puce : processeur, GPU, contrôleurs réseau, RAM. Utilisé dans les smartphones (Apple M-series, Snapdragon). Avantages : compacité extrême, faible consommation électrique, latences réduites entre composants. Inconvénients : moins modulable, réparation difficile.

Fréquence, cœurs et pipeline: La fréquence d'horloge (GHz) mesure les cycles par seconde. Le multicœur permet la parallélisation réelle de tâches indépendantes. Le pipeline divise l'exécution d'une instruction en étapes simultanées pour plusieurs instructions. Ces trois facteurs expliquent les performances modernes au-delà de la simple fréquence.
Bus de communication: Le bus relie les composants : bus de données (transfère les valeurs), bus d'adresses (indique l'adresse mémoire), bus de contrôle (signaux de commande). La largeur du bus (32 ou 64 bits) détermine combien de données sont transférées simultanément. Les bus modernes atteignent des dizaines de Go/s.

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