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Informatique · Classes prépa (CPGE) — 1ère année — ECT

Architecture des ordinateurs et systèmes d'exploitation

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

L'architecture de Von Neumann repose sur trois blocs : l'unité centrale (CPU), la mémoire principale et les interfaces d'E/S. Le CPU contient l'ALU (Unité Arithmétique et Logique) et l'unité de contrôle. Le cycle d'instruction se décompose en : Fetch (recherche), Decode (décodage) et Execute (exécution). Le système d'exploitation (OS) gère les ressources (processus, mémoire, fichiers).

Méthodes à maîtriser

  • Calculer la capacité mémoire : $C = N \times L$ où $N$ est le nombre de cellules et $L$ la largeur de mot.
  • Identifier les étapes du cycle d'instruction.
  • Distinguer entre mémoire volatile (RAM) et non volatile (ROM).

Exemples corrigés

Exemple 1 : Si un bus d'adresses a 32 bits, quelle est la capacité adressable ? Réponse : $2^{32}$ octets = 4 Go. Exemple 2 : Rôle du registre PC (Program Counter) ? Réponse : Il contient l'adresse de la prochaine instruction à exécuter.

Erreurs fréquentes

  • Confondre la mémoire vive (RAM) et le stockage secondaire (Disque dur).
  • Oublier que le cycle d'instruction est séquentiel.
  • Penser que le processeur traite les données directement depuis le disque dur.

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Architecture des ordinateurs et systèmes d'exploitation

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Quel composant est responsable des calculs arithmétiques ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre RAM et ROM ?
  1. La RAM (Random Access Memory) est une mémoire volatile : elle perd ses données sans électricité. Elle est utilisée pour les programmes en cours.
  2. La ROM (Read Only Memory) est non volatile : elle conserve les données même sans courant. Elle contient le BIOS/UEFI pour démarrer le PC.

💡 À retenir : RAM = Travail temporaire ; ROM = Démarrage permanent.

Kifach l-processeur kay-3ref fin kayna l-instruction li khasso y-khdem biha?
  1. L-processeur 3ndou registre smito "Compteur de programme" (PC).
  2. Had l-PC kay-kon fih dima l-adresse dyal l-instruction li jaya.
  3. L-unité de contrôle kat-qra had l-adresse bach t-jbed l-instruction men la mémoire.

💡 À retenir : Le registre PC est le "guide" du processeur.

Est-ce que le processeur peut travailler sans système d'exploitation ?

Oui, techniquement le processeur peut exécuter des instructions en langage machine sans OS (comme dans les systèmes embarqués simples). Cependant, pour un ordinateur moderne, l'OS est indispensable pour gérer les ressources, les fichiers et l'interface utilisateur.

💡 À retenir : L'OS est une couche logicielle de gestion, pas une condition physique de fonctionnement du CPU.

Chno hiya l-fayda dyal l-cache f l-processeur ?
  1. La mémoire cache est beaucoup plus rapide que la RAM.
  2. Elle stocke les données les plus utilisées pour éviter au processeur d'attendre la RAM.
  3. Ça augmente la vitesse globale de l'ordinateur.

💡 À retenir : Cache = Rapidité d'accès pour le CPU.

C'est quoi un bus dans l'architecture ?

C'est un ensemble de fils conducteurs qui permettent le transfert d'informations entre les composants (CPU, RAM, E/S). Il y a trois types : bus de données, bus d'adresses et bus de contrôle.

💡 À retenir : Le bus est l'autoroute des données.

Kifach l-processeur kay-t-3amel m3a l-clavier ?
  1. Quand tu tapes une touche, le clavier envoie un signal appelé "interruption".
  2. Le processeur suspend sa tâche actuelle.
  3. Il exécute un petit programme (gestionnaire d'interruption) pour lire le caractère.
  4. Il reprend son travail initial.

💡 À retenir : L'interruption permet la communication asynchrone.

Pourquoi on dit que Von Neumann a un "goulot d'étranglement" ?

Parce que le processeur est beaucoup plus rapide que la mémoire. Comme les données et les instructions passent par le même bus, le processeur passe souvent son temps à attendre les données venant de la mémoire.

💡 À retenir : Le bus unique limite la vitesse de traitement.

C'est quoi un registre ?

C'est une mémoire interne au processeur, extrêmement rapide mais de très petite taille, utilisée pour stocker les résultats immédiats des calculs.

💡 À retenir : Registre = Mémoire de travail ultra-rapide du CPU.

Est-ce que la taille du bus d'adresses limite la RAM ?

Oui. Si le bus d'adresses a $n$ bits, le processeur peut adresser au maximum $2^n$ emplacements mémoire. Si tu as 4 Go de RAM mais un bus de 32 bits, tu ne peux pas utiliser plus de 4 Go.

💡 À retenir : Taille bus = Limite d'adressage.

Chno l-farq bin l-unité de contrôle o l-ALU ?
  1. L-unité de contrôle : kat-dir l-tanzim (fetch, decode).
  2. L-ALU : kat-dir l-hisabat (addition, multiplication) o l-comparaisons (logique).

💡 À retenir : Contrôle = Chef d'orchestre ; ALU = Calculatrice.

Pourquoi le système d'exploitation est-il nécessaire pour les fichiers ?

L'OS crée une abstraction : il transforme les secteurs physiques du disque dur en "fichiers" et "dossiers" organisés, ce qui facilite la lecture et l'écriture pour l'utilisateur.

💡 À retenir : L'OS gère le système de fichiers.

Est-ce que la fréquence du processeur (GHz) est le seul facteur de vitesse ?

Non. La vitesse dépend aussi du nombre de cœurs, de la taille de la mémoire cache, de la vitesse de la RAM et de l'efficacité du système d'exploitation.

💡 À retenir : GHz n'est pas tout !

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit une mémoire de 1 Go. Le processeur utilise un bus d'adresses de 30 bits.

  1. Quelle est la capacité maximale adressable par ce bus ?
  2. Le processeur peut-il adresser toute la mémoire ? Justifier.
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Exercice 2

Expliquer le rôle du cycle d'instruction dans l'exécution d'un programme.

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Exercice 3

Un système possède 4 Go de RAM. Si on ajoute 4 Go, le processeur peut-il tout utiliser ?

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