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Informatique · Classes prépa (CPGE) — 2ème année — TSI

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 repose sur le modèle de Von Neumann : Unité Centrale (CPU), Mémoire et Entrées/Sorties. Le CPU contient l'ALU (Unité Arithmétique et Logique) et l'unité de contrôle. Le cycle d'instruction est : Fetch (chercher), Decode (décoder), Execute (exécuter). Le système d'exploitation (OS) assure l'interface entre l'utilisateur et la machine, gère les processus (états : prêt, élu, bloqué) et la mémoire (pagination).

Méthodes à maîtriser

  1. Analyser le cycle d'instruction pour un jeu d'instructions simple.
  2. Calculer le temps d'exécution d'un programme selon la fréquence d'horloge.
  3. Représenter l'état d'un processus via un diagramme de transition.
  4. Appliquer les algorithmes d'ordonnancement (FIFO, Round Robin).

Exemples corrigés

Exemple 1 : Si une horloge est à 2 GHz, la période d'un cycle est $T = 1 / (2 \times 10^9) = 0,5 \text{ ns}$. Exemple 2 : Ordonnancement FIFO : Si les processus A (5ms), B (2ms) arrivent dans l'ordre, le temps d'attente moyen est $(0 + 5) / 2 = 2,5 \text{ ms}$.

Erreurs fréquentes

  • Confondre mémoire vive (RAM) et stockage permanent (Disque).
  • Oublier que le processeur ne traite que des instructions en langage machine (binaire).
  • Croire qu'un processus "bloqué" est un processus "terminé".

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Architecture des ordinateurs et systèmes d'exploitation

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Quel composant est considéré comme la mémoire la plus rapide ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre un processus et un programme ?
  1. Un programme est un fichier statique stocké sur le disque (code source compilé).
  2. Un processus est une instance dynamique de ce programme en cours d'exécution en mémoire vive.
  3. Plusieurs processus peuvent être lancés à partir d'un seul programme (ex: plusieurs fenêtres de navigateur).

💡 À retenir : Le programme est le "recette", le processus est le "plat en train d'être cuisiné".

Kifach n7seb l'ordonnancement Round Robin ?
  1. On définit un "quantum" de temps (ex: 2ms).
  2. Chaque processus reçoit le processeur pendant ce quantum.
  3. S'il n'a pas fini, il repasse à la fin de la file d'attente.
  4. On répète jusqu'à ce que tous les processus soient terminés.

💡 À retenir : Le Round Robin assure l'équité entre les processus.

Pourquoi la mémoire virtuelle est-elle nécessaire ?
  1. Elle permet d'exécuter des programmes plus grands que la RAM physique disponible.
  2. Elle isole les processus pour éviter qu'ils n'écrivent dans la mémoire des autres.
  3. Elle utilise une partie du disque dur comme extension de la RAM.

💡 À retenir : La mémoire virtuelle améliore la stabilité et la capacité du système.

Chno hiya l'interruption ?
  1. C'est un signal envoyé au processeur par le matériel ou un logiciel.
  2. Le processeur suspend son travail actuel pour traiter l'urgence.
  3. Une fois fini, il reprend là où il s'était arrêté.

💡 À retenir : L'interruption permet la réactivité du système face aux événements externes.

Est-ce que le cache fait partie de la RAM ?

Non, la mémoire cache est une mémoire très rapide située à l'intérieur ou très proche du processeur, alors que la RAM est une barrette externe.

💡 À retenir : La hiérarchie mémoire est : Registres > Cache > RAM > Disque.

Kifach l'OS gère la mémoire ?
  1. Il divise la mémoire en blocs appelés "pages".
  2. Il utilise une table des pages pour faire le lien entre adresses virtuelles et physiques.
  3. Il libère les zones inutilisées.

💡 À retenir : La pagination est la technique standard de gestion mémoire.

C'est quoi un bus de données ?

C'est le chemin physique qui transporte les informations entre le CPU, la mémoire et les périphériques.

💡 À retenir : La largeur du bus détermine la quantité de données transférées en un cycle.

Le CPU peut-il exécuter du Python directement ?

Non, le CPU ne comprend que le langage machine (binaire). Le code Python est interprété ou compilé en langage machine avant exécution.

💡 À retenir : L'interprète Python traduit les instructions au fur et à mesure.

Quelle est la différence entre un système monoprocesseur et multiprocesseur ?
  1. Monoprocesseur : une seule unité de calcul, exécution séquentielle.
  2. Multiprocesseur : plusieurs unités, exécution parallèle réelle.

💡 À retenir : Le parallélisme augmente considérablement la puissance de calcul.

C'est quoi le rôle de l'ALU ?

L'ALU (Unité Arithmétique et Logique) effectue les calculs mathématiques (+, -, *) et les opérations logiques (ET, OU, NON).

💡 À retenir : C'est le cœur opérationnel du processeur.

Pourquoi le système d'exploitation est-il indispensable ?

Sans lui, chaque programme devrait gérer lui-même le clavier, l'écran et la mémoire, ce qui est impossible. Il offre une couche d'abstraction.

💡 À retenir : L'OS est le chef d'orchestre du matériel.

Comment le processeur sait-il quelle instruction exécuter ensuite ?

Grâce au "Compteur de Programme" (PC) qui contient l'adresse mémoire de la prochaine instruction à exécuter.

💡 À retenir : Le PC est incrémenté après chaque lecture d'instruction.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un processeur a une fréquence de 3 GHz. Un programme nécessite 10 milliards de cycles pour s'exécuter. Calculez le temps d'exécution en secondes.

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Exercice 2

Trois processus P1, P2, P3 arrivent à l'instant 0 avec des durées respectives de 8ms, 4ms et 2ms. Calculez le temps d'attente moyen avec l'ordonnancement FIFO.

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Exercice 3

Expliquez le cycle "Fetch-Decode-Execute".

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