Pr

1
Initiation aux technologies de linformation
Frédéric Gava (MCF) gava_at_univ-paris12.fr LACL,
bâtiment P2 du CMC, bureau 221 Université de
Paris XII Val-de-Marne 61 avenue du Général de
Gaulle 94010 Créteil cedex
2
Architecture dun ordinateur
3
Principaux composants dun ordinateur
4
Éléments dun ordinateur

• Un ordinateur personnel (PC) est composé
• dune unité centrale
• de périphériques dentrée/sortie (E/S)
• Lunité centrale peut elle-même être décomposée
• Unité centrale de traitement
• Périphériques dE/S
• Les périphériques ne sont pas  obligatoires 

5
Éléments
6
Périphériques

• Les principaux périphériques sont l'écran, le
  clavier, la souris, le disque dur, le lecteur de
  disquettes, le lecteur de CD-ROM, l'imprimante,
  le modem et le scanner. Le microprocesseur
  communique avec les périphériques à travers des
  zones particulières de la mémoire vive.
• Les périphériques les plus importants sont les
  supports magnétiques (disques durs, disquettes).
  Ils sont nécessaires afin de stocker les les
  données et les programmes. On parle de mémoire de
  masse, de mémoire secondaire ou auxiliaire ou
  persistente, à ne pas confondre avec la mémoire
  centrale.

7
Périphériques dentrées

• Clavier
• Souris
• Microphone
• Scanner
• Stylo optique
• Joystick
• Web-Cam
• etc.

8
Exemple, le clavier

• Echap, ou ESC (Escape) utilisée pour sortir
  d'un menu, notamment sous DOS
• Tab, ou tabulation utilisée pour passer à la
  zone de saisie suivante (Maj Tab pour passer à
  la zone de saisie précédente) utilisée aussi
  pour insérer une tabulation dans les logiciels de
  traitement de texte
• Maj, ou Majuscule, ou shift c'est une touche de
  modification, c-à-d qu'elle n'a d'effet
  qu'utilisée en même temps qu'une touche normale
  elle permet d'obtenir une lettre majuscule ou
  bien, pour les touches ayant 2 ou 3 symboles, le
  symbole du haut

9
Le clavier (2)

• Verrouillage majuscule, ou Caps Lock située
  entre Tab et Maj, c'est une touche à deux
  positions quand elle est verrouillée, un voyant
  s'allume à droite du clavier et toutes les
  lettres sont en majuscule
• ctrl, ou contrôle touche de modification qui
  permet notamment d'effectuer des raccourcis
  claviers dans l'environnement Windows
• alt, ou alternative touche de modification
  utilisée pour des fins diverses par les logiciels
• alt gr, ou alternative graphique touche de
  modification qui permet d'accéder au symbole de
  droite des touches ayant trois symboles permet
  notamment de produire le caractère \ très utilisé
  avec DOS
• flèches gauche, droite, haut et bas permet de
  se déplacer dans des programmes d'application
  (Word, Excel...)
• entrée, validation, ou return permet de valider
  une saisie sous DOS permet d'envoyer la
  commande, sur Word permet de passer au paragraphe
  suivant, sur les fenêtres de choix de Windows
  permet de choisir l'option par défaut, etc.

10
Le clavier (3)

• suppr permet de supprimer le caractère à
  droite du curseur
• retour arrière, ou delete permet de supprimer le
  caractère à gauche du curseur
• ins, ou insère touche à deux positions en
  position normale, la saisie remplace les
  caractères à droite du curseur en position
  insertion, ces mêmes caractères sont décalés vers
  la droite
• pavé numérique ensemble de touches situées à
  droite du clavier permet de saisir aisément des
  chiffres la touche Entr a la même fonction que
  la touche Entrée attention, la touche Verr num
  doit être verrouillée (voyant Num allumé) sinon
  ce sont les flèches qui sont prises en compte

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Le clavier (4)

• Comment utiliser correctement les touches de
  modification Maj, Ctrl et Alt
• presser la touche de modification, puis presser
  la touche
• normale, relâcher la touche normale et enfin
  relâcher la
• touche de modification.
• Quelques caractères techniques utiles à connaître
  
• / barre oblique (slash, pour les url, voir
  cours internet)
• \ barre inversée (anti-slash), très utilisée
  sous DOS
• _at_ arobase (pour les adresses de courrier
  électronique)

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Périphériques de sorties

• Écran (moniteur)
• Imprimante
• Haut-Parleurs (Enceintes)
• Bras-articulé
• etc.

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Un moniteur
PECA

• TFT - 24 - 1920 x 1200 a 75 Hz ? ? ?
• Caractéristiques dun écran
• Dimension en pouces ()  de la diagonale
• Un pouce 25,4mm ? 24 60cm
• Résolution nombre de pixels (par ligne et par
  colonne)
• Vitesse de rafraîchissement en Hz (nombre
  dimages par seconde)

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Périphériques dE/S

• Lecteur de disquettes, ZIP
• Lecteur/Graveur de CD/DVD-Rom
• Écran tactile
• Disque dur
• Clés USB
• Carte réseau/Modem
• etc.

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Disque Dur (1)

• Disque dur surface magnétique en rotation
  stockant des octets sur des pistes concentriques.
• Chaque piste a la même capacité. Une piste est
  divisée en secteurs, le secteur étant la plus
  petite zone de mémoire adressable.

vitesse constante en tours/minute)
rotation
déplacement
têtes de lecture/écriture
16
Disque Dur (2)

• Un disque dur peut être interne (placé dans
  l'unité centrale) ou externe (boîtier
  supplémentaire). Il est livré formaté (les
  secteurs sont initialisés à zéro) ou contient
  généralement déjà le système d'exploitation. Un
  disque dur peut être reformatté, et à cette
  occasion peut être partitionné en plusieurs
  disques logiques pour simuler le fait davoir
  plusieurs disques mais en fait il nen existe
  quun physiquement (les fameux E, F etc. alors
  quon na quun disque).
• Un disque dur n'est pas éternel des secteurs
  peuvent s'abîmer, ce qui entraîne des pertes de
  données (il faut sauvegarder régulièrement ses
  données importantes, et avoir les CD-ROMs pour
  réinstaller les logiciels dont le système
  d'exploitation).

17
Disque Dur (3)
PECA
18
Technologie DVD

• DVD Digital Versatile Disk
• Technologie similaire au CD (cédérom)
• Plus grande capacité de stockage
• Une ou deux couches
• Une ou deux faces

Capicité, mn musique, Nb CD
19
Modem et Internet
PECA
20
Composants de lunité centrale

• Lunité centrale est munie dune carte
  principale appelé  carte mère . Elle abrite
• Le (micro) processeur
• Les mémoires vives/mortes/caches
• ports dentrée/sorties (PCI, PCMCIA, USB etc.)
• Ventilateur et alimentation électrique
• Boîtier
• Câbles pour tout inter-relier (bus)

21
Définitions

• Un micro-ordinateur est un ordinateur dont les
  composants sont miniaturisés et dont le coût est
  abordable par un particulier. Il est composé
  d'une unité centrale et de périphériques. Ex PC
  (Personal Computer), Macintoch.
• L'unité centrale, composée principalement d'un
  micro-processeur et de mémoire centrale
  (électronique), traite l'information tandis que
  les périphériques l'envoient ou la reçoivent.
• Un microprocesseur est un circuit électronique
  miniaturisé contenant plusieurs millions de
  transistors (ex le Pentium). C'est le chef
  d'orchestre qui traite et distribue les
  informations. Il exécute les instructions
  élémentaires au rythme de son horloge interne (ex
  300 Mhz ou mégahertz gt 300 millions
  d'instructions par seconde).

22
Lintérieur dun PC
23
Pour le bricolage maison
24
Carte mère (1)
25
Carte mère (2)
PECA
26
Carte mère (2 bis)
PECA
27
Carte mère (3)

• La carte mère est donc composée de connecteurs
  permettant
• dajouter des cartes (vidéo, son, réseau, etc.)
• brancher les périphériques (Disques via des
  Nattes ou bus, le haut-parleur interne par un fil
  électrique simple)

28
Carte mère (4)

• Le processeur constitue le chef dorchestre 
  de lordinateur. Il est constitué de plusieurs
  millions (milliards) de transistors. Il reçoit
  les informations (entrées), les traites avec sa
  mémoire, puis restitue des résultats (sorties).
• Le  chipset  aide le processeur à la gestion
  de la carte mère notamment avec le BIOS
• le BIOS (dans la mémoire morte) constituent les
  données de base pour la gestion, par le
  processeur, de lordinateur
• quels sont les disques durs et comment les
  utiliser
• quelle est lheure et la date
• comment gérer lénergie
• etc.

29
Carte mère (5)
UCUnité centraleprocesseur
30
Le processeur (1)

• UAL accompli les calculs arithmétiques et
  logiques
• UC gère les accès aux mémoires et aux registres
• Les registres (limité en nombre) sauvegardent
  les valeurs immédiates et intermédiaires des
  calculs
• Il est capable dexécuter des instructions pour
  accomplir les calculs

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Le processeur (2)

• Les principaux paramètres dun processeur sont
• Fréquence dhorloge (en hertz, ou plutôt en
  GigaHz)
• La taille des nombres quil peut traiter (
  taille des registres) en une instruction (en
  bits)
• Nombre de registre et taille de sa mémoire cache
• La vitesse dexécution dun processeur est en
  Flops

32
Les bus (1)

• Ce sont les canaux de communication à
  lintérieur de lordinateur
• Relient lunité centrale, la mémoire, les
  contrôleurs de périphériques
• Débit dun bus
• Largeur nombre de bits que le bus peut
  transmettre a la fois
• Fréquence vitesse du bus nombre de paquets
  envoyés par seconde (en Hertz)
• Débit largeur fréquence
• Exemple Un bus de largeur 16 bits et cadencé
  a une fréquence de 133MHz a un débit de 16
  133000000 2128000000 bits/s 266000000 o/s ?
  260Ko/s ? 254Mo/s

33
Les bus (2)

• Principes mutualiser les communications
• Toutes les informations passent par le même canal
• Trois types de bus
• adresses
• données
• contrôles

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Et lhorloge

• Le processeur est cadencée par lhorloge de la
  carte mère (mesuré en Hertz)
• Elle envoie des impulsions régulières pour
  déclencher le début des cycles
• Mais la fréquence ne suffit pas Il faut aussi
  sintéresser à la quantité de chose que le
  processeur peut faire par cycle .(mesuré en bits
  et Flops)

35
Les registres
PECA

• Cases mémoires du processeur, de 8 à 64 bits
• En petite quantité (dune dizaine à quelques
  centaines)
• Accès très rapide
• Servent à
• stocker temporairement les résultats de calculs
• stocker linstruction en cours
• stocker ladresse de la prochaine instruction

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Les mémoires (1)

• Lordinateur comprends 3 catégories de mémoires
• mémoire vive/interne (RAMRandom Access Memory)
• mémoire morte (ROMRead Only Memory)
• mémoires caches
• mémoire persistante (mémoire externe)
• Lunité de mesure de la mémoire est sa taille
  donnée en octets

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Les mémoires (2)

• La RAM conserve les informations traités par le
  processeurs pendant une session de travail. Cette
  mémoire est donc volatile (informations
   effacées  quand on éteint la machine).
• Les mémoires caches (aussi volatile) est
  constitué de plusieurs niveaux de mémoire, de
  plus faible capacité, qui font office de tampons
  entre le processeur et la RAM
• La ROM contient le BIOS

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La mémoire vive

• Cest la mémoire de travail de lordinateur
• De type RAM, elle stocke temporairement des
  informations récupérées/générées par
  lordinateur.
• On y range
• les programmes
• les données
• Cest le processeur qui y accède pour y
  lire/ranger des données.

39
Bien distinguer

• La mémoire centrale de l'ordinateur est une
  mémoire électronique qui se présente sous la
  forme de circuits intégrés. On en distingue donc
  ces deux types
• la RAM (Random Access Memory/mémoire à accès
  aléatoire) ou mémoire vive, est la mémoire dans
  laquelle se charge tous les programmes et les
  données qui doivent être utilisées par le
  microprocesseur. C'est une mémoire volatile,
  c-à-d qu'elle se vide dès que l'ordinateur est
  éteint.
• la ROM (Read Only Memory/mémoire à lecture
  seulement) ou mémoire morte, contient des
  programmes non modifiables utilisés
  essentiellement au démarrage de la machine.
• Il ne faut donc pas confondre ces 2 types de
  mémoires avec la mémoire cache et la mémoire
  externe (les disques dures, CD/DVD-Rom, clés USB
  etc.)

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Ports dE/S

• Lunité centrale a besoin de communiquer avec
  les périphériques
• Le contrôleur sert dinterface entre le
  périphérique (écran, clavier, disque dur, etc.)
  et le bus
• Différents ports pour connecter les
  périphériques

41
Hiérarchie mémoire
42
Mémoires caches (1)

• Comment fonctionne le principe des caches ?
• Simple
• Une case de la mémoire vive est lue pour sa
  valeur
• le temps passe
• Il faut relire la case, alors au lieu de la lire
  dans la mémoire vive, on accède à la mémoire
  cache
• Gestionnaire des cases de la mémoire
• Pour sauvegarder quelles sont les cases
  accessibles en cache
• Pour ne pas lire une valeur en cache qui
  auraient été modifiée en mémoire vive
• Pour vider ( oublier ) des cases en cache qui
  ne semble plus servir (rappel la taille des
  caches est limitée)

43
Mémoires caches (2)
PECA
44
Différentes couches (1)
Circuit imprimé du processeur
?
Begin Program_toto i1 While ilt10 do
jji ii2 print_string  valeur de
i   print_int i done End Program_toto
PECA
45
Différentes couches (2)
PECA
46
Exemple de configuration
47
Résumé
unité centrale
périphériques
clavier souris écran imprimante modem disque
dur lecteur de disquettes lecteur de CD-ROMs ...
mémoire centrale
bus de données
microprocesseur
Pour les mémoires externe mais physiquement dans
lunité centrale, on parle aussi de bus
48
Mesures, comptage et codage
49
Les unités de mesure (1)

• Octet8 bits, capacité (taille) utilisés
  principalement pour les mémoires
• RAM, disques etc.
• certains périphériques comme carte vidéo,
  imprimantes
• Baud (Bd), 1 baud1 bit par seconde,
  anciennement utilisé par les modems
• Hertz (Hz), nombre dévénement par seconde. On
  lutilise pour
• les bus, carte mère, processeur
• rafraîchissement de lécran
• les mémoires (RAM, caches)

50
Les unités de mesure (2)

• Attention ! Comme souvent, les termes anglais et
  français sont souvent utilisés indifféremment,
  parfois pour entretenir le brouillard chez les
  consommateurs
• 1 Octet 1 Byte 8 bits
• 1 Ko 1 Kb 1024 (210) Octets
• 1 Mo 1 Mb 1024 Ko 1048576 (220) Octets
• 1 Go 1 Gb 1024 Mo 1073741824 (230) Octets
• 1 To T Tb 1024 Go 1099511627776 (240)
  Octets

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Ordre de grandeur

• 1 octet 1 caractère dans un fichier texte
• 1 Ko environ une page de caractère
• 1 Mo un livre, une petite chanson MP3
• 1 Go un film
• 1 To un disque dur moderne

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Important

• Loi de Moore les performances (taille de la
  mémoire centrale, taille de la mémoire
  secondaire, vitesse du processeur) doublent tous
  les 18 mois
• La taille de la mémoire secondaire n'est plus un
  élément critique il est maintenant difficile de
  remplir son disque dure (sauf nombre exagérément
  grand de données multimédia)
• La taille de la mémoire centrale est toujours un
  élément critique (logiciels toujours plus
  complexes, possibilité d'ouvrir plusieurs
  logiciels à la fois).
• La vitesse des processeurs est depuis longtemps
  suffisante pour lutilisation quotidienne dun
  ordinateursauf pour les jeux vidéos
• Si votre ordinateur nas pour le moment les
  capacités requisesattendez 18 mois avant den
  racheter un autre -)

53
Représentation de linfo
Il y a 10 types de gens dans le monde ceux qui
comprennent le binaire et ceux qui ne le
comprennent pas.
54
Codage de linformation

• Les informations traitées par un ordinateur
  peuvent être de différents types (textes,
  nombres, images, sons etc) mais elles sont
  toujours représentées et traitées par
  lordinateur sous forme binaire (suite de bits).
• Un ordinateur ne  comprend  QUE le binaire
  une suite de 0 ou 1 (vrai ou faux, vide ou un
  doigt)
• BIT BInary digiT, unité élémentaire de
  linformation
• Définition Le codage dune information
  consiste à établir une correspondance entre la
  représentation externe (habituelle) de
  linformation (le nombre 36 ou le caractère A
  par exemple) et sa représentation interne dans la
  machine (une suite de bits).

55
Compter en binaire (1)
56
Compter en binaire (2)
Quand on na plus de symbole (nombre), on pose un
zéro puis on passe à la décimale suivant. Ici on
na que 2 symboles
9110
0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000
En hexadécimale (16 symboles) 1, 2, 3, 4, 5, 6,
7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, 10, 11, 12, 13, 14,
15, 16, 99, A0, A1, B1, B2, FE, FF, 100,
Remarque avec n bits on peut compter jusquà 2n
57
Compter en binaire (3)
binaire décimal binaire
décimal 0 0 1000 8
1 1 1001 9 10 2
1010 10 11 3 1011 11
100 4 1100 12 101 5
1101 13 110 6 1110 14
111 7 1111 15
58
Codage de linformation

• Toute information stockée en mémoire centrale ou
  en mémoire secondaire se présente sous la forme
  d'une suite de 0 et de 1. On parle de numération
  binaire, à comparer avec la numération décimale
  usuelle qui utilise 10 symboles.
• Les 0 et les 1 symbolisent des tensions
  électriques distinctes (par ex. 0,6 volts pour le
  "0" et 3 volts pour le "1") qui sont présentes
  dans les circuits électroniques (microprocesseur,
  mémoire centrale, bus...).
• L'information élémentaire s'appelle le bit, qui
  peut contenir soit la valeur 0, soit la valeur 1.
  Les bits sont regroupés par séries de huit qu'on
  appelle des octets.
• 1 octet 8 bits exemple d'octet 0 0
  1 0 1 0 1 1

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Caractère ASCII

• La norme pour les caractères alphanumériques.
  256 symboles 28 symbolesFF symboles11111111
  symboles 1 Octet !!!!!!!!
• ASCII  American Standard Code for Information
  Interchange 
• Il existe aussi un autre standard international
  (unicode) sur 32 bits

60
Calculer en binaire (1)
0100110 0000011
0101001
10000000
PECA
61
Calculer en binaire (2)

• Pour représenter les entiers négatifs, on
  utilise un bit spécial, appelé  bit de poids 
  0 pour positif, 1 pour négatif
• Pour les réelles (0.2, 3.333333, etc.) on
  utilise aussi un codage spécial dit à virgule
  flottante (norme IEEE754).
• x,yz
• 1 bit pour le signe
• 8 à 11 bits pour lexposant
• 23 à 52 bits pour la mantisse
• Problème darrondison peut avoir x(-x)
  0,000000000000001
• Dans les machines, les opérations arithmétiques
  sont en fait beaucoup plus sophistiquées et font
  encore lobjet de recherche pour les
  optimisations

PECA
62
Autres codages

• Images
• Bitmap, jpeg, tiff, etc.
• On y reviendra
• Sons
• MP3, WAV, etc.
• Trop technique pour ce cours
• Vidéos succession dimagedu son
• Avi, Mov, Divx, etc.
• Encore plus technique

63
Convertisseur analogique (1)

• Comment traiter un signal analogique à laide
  dun ordinateur ?
• Inversement, comment transformer une suite de
  bits en un signal analogique ?

64
Convertisseur analogique (2)
65
Codage des sons

• Échantillonnage Micro son ! Impulsion
  électrique. qualité CD 44kHz ! 44000 mesures
  par seconde
• Quantification Un certain nombre de bits pour
  quantifier chaque valeur mesurée. CD 16 bits
  pour chaque donnée...

PECA
66
Codage du Multimédia (1)

• De nombreux formats existent. Leurs
  caractéristiques principales sont la résolution
  et la compression
• les sons peuvent être échantillonnés à 11Khz
  (faible qualité), 22 Khz ou 44 Khz (qualité CD),
  et être codés sur un octet (256 hauteurs de
  signal) ou 2 octets (65536 valeurs, qualité CD).
• Un son qualité CD (non compressé) d'une minute
  nécessite 60 x 44000 x 2 5 280 000 octets ...
• les images ont une taille calculée en pixels (un
  pixel un point de l'écran), par exemple 320 x
  200 pixels, et leur résolution dépend du nombre
  de couleurs de l'image

1 pixel codé sur 1 octet 256 couleurs 1 pixel
codé sur 2 octets 65536 couleurs (milliers de
couleurs) 1 pixel codé sur 3 octets 16777216
couleurs (millions de couleurs) etc.
67
Codage du Multimédia (2)

• Une image en milliers de couleurs (non
  compressée) de 800 x 600 pixels nécessite 800 x
  600 x 2 960 000 octets ...
• les séquences vidéos sont des suites d'images
  qui s'affichent à un certain rythme (de 16 à 25
  images par seconde) vu la taille d'une vidéo
  même petite, tous les formats vidéos utilisent
  des algorithmes de compression.
• Compression Elle consiste à réduire la taille
  des données par un examen des données
  répétitives. Par exemple, la séquence binaire
  0011111111000000 peut s'écrire 2 bits à 0 puis
  8 bits à 1 puis 6 bits à 0.
• Pour la vidéo, ou les images consécutives se
  ressemblent, on ne stockera que les changements
  d'une image par rapport à la précédente. Les
  méthodes de compression les plus efficaces
  enlèvent de la qualité aux données (compression
  avec perte).

68
Codage du Multimédia (3)

• Principaux formats d'images
• GIF (Graphics Interchange Format) compression
  sans perte, 256 couleurs maximum., encore répandu
  sur le web
• JPEG (ou JPG) compression variable avec perte,
  très répandu sur le web
• BMP (bitmap) format non compressé standard sur
  PC Windows
• PCX format non compressé du logiciel PC
  Paintbrush
• TIFF (tag image file format) format non
  compressé à usage professionnel
• Les formats d'image non compressés sont utilisés
  pour la création et la retouche d'images, ainsi
  que pour l'impression de documents de qualité.
• Quelques formats de sons
• WAV le format des sons de Windows
• MP3 format compressé avec perte (utilise les
  imperfections de l'oreille)
• Quelques formats de vidéos
• AVI le format Windows standard, faible qualité,
  lu avec le logiciel MediaPlayer fourni avec
  Windows
• MOV format vidéo Quicktime (conçu par Apple)
• RM format du logiciel RealPlayer
• MPG (ou MPEG) clip cinéma, plusieurs types de
  compressions très performantes
• Les logiciels de gestion d'images, de sons et de
  vidéo permettent dans certains cas de transformer
  des données d'un format à un autre.

69
Assembleur et instructions

• Un processeur exécute séquentiellement une suite
  dinstructions élémentaires qui constituent un
  programme.
• Ces instructions sont du genre
• Opérations arithmétiques (, -, etc.)
• Lecture/écriture en mémoire (registre?mémoire)
• Saut conditionnel (allez à linstruction 1000)
• Interruptions systèmes du BIOS (accès à des
  informations provenant de périphériques comme le
  clavier)
• Chaque type de machine à son jeu dinstructions
  (INTEL, SUN, ALPHA, etc.)

70
Exemples
PECA
71
Quelques références

• Architecture et technologie des ordinateurs
  P. Zanella, Y. Ligier, DUNOD
• Organisation et conception des ordinateurs,
  Linterface matériel/logiciel
  D. Hennessy, J. Patterson, DUNOD.
• Sur le net
• http //www.commentcamarche.net/pc/
• http //fr.wikipedia.org

72
À la semaine prochaine !