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UE2 Architecture des ordinateurs

En pratique

  • Cette unité d'enseignement (UE) articule 1 activité d'apprentissage :
    • Architecture des ordinateurs
  • En 2023-2024, elle s'organise au premier quadrimestre et couvre 5 crédits (ECTS).
  • L'enseignement est principalement centralisé dans le campus : Département Informatique
  • Cette UE est remédiable d'une session à l'autre
  • Modalités d'enseignement
    • Auditoire

Activité d’apprentissage

Les finalités de l'UE

L'objet de cette unité d'enseignement est de familiariser l'étudiant avec les aspects matériels de l'informatique, notamment : les méthodes de représentation et de codage de l’information, le fonctionnement des composants les plus courants d'un ordinateur, les principales architectures d’ordinateurs existantes.

Les contenus de l'UE

Histoire de l’informatique

Ce chapitre donne un aperçu de l'histoire de l'informatique, de l'antiquité à nos jours. Quels sont les jalons importants dans l'évolution des connaissances, de la science et des technologies qui ont permis l'éclosion de l'industrie informatique telle que nous la connaissons aujourd'hui ? Nous nous intéressons également aux principaux éléments qui conditionnent l'évolution des performances des ordinateurs, afin de mieux comprendre les fondements des architectures actuelles, ainsi que les enjeux de demain.

Présentation générale d’un ordinateur

Qu’est-ce qu’un ordinateur ? Du simple gadget électronique jetable aux centres de données géants du « Cloud Computing », l’ordinateur est partout. Dans ce chapitre, nous tenterons d’identifier les composants principaux d’un ordinateur et nous expliquerons comment ils sont organisés.

Le codage des informations

L’informatique est le traitement automatisé de l’information. Comment peut-on représenter les informations à traiter dans un ordinateur ? Ce chapitre présente les techniques utilisées pour coder des informations numériques et textuelles, détecter et corriger d’éventuelles erreurs, réduire la taille occupée par ces informations.

Les circuits logiques

Les ordinateurs actuels ont une puissance de calcul phénoménale et peuvent réaliser des tâches extraordinairement complexes. Et pourtant, leur fonctionnement repose sur des « briques de base » extrêmement simples. Ce chapitre nous rappelle les principes de l’algèbre de Boole et nous explique comment des portes logiques très simples peuvent être combinées pour former les circuits logiques élémentaires qui sont à la base du fonctionnement d’un ordinateur, telles que les unités de calcul ou les mémoires.

L’unité centrale de traitement (CPU)

L’unité centrale de traitement constitue le centre névralgique de l’ordinateur. C’est elle qui exécute les instructions d’un programme, traite les données fournies pour produire des résultats utiles. Quelles sont les tâches réalisées par le CPU ? Comment représenter les instructions d’un programme ? Comment les exécuter ? Comment maximiser les performances du CPU ? Telles sont les questions auxquelles nous tenterons de répondre dans ce chapitre.

La hiérarchie des mémoires

Comment stocker les informations dans un ordinateur et pour quels besoins ? Quelles sont les technologies disponibles ? Comment équilibrer la balance coût/performance ? Comment augmenter les performances avec une antémémoire (cache) ? Ce chapitre nous livre tous les secrets (ou presque) de la hiérarchie des mémoires.

Les architectures à processeurs multiples

L’augmentation de la performance des ordinateurs permet de résoudre aujourd’hui des problèmes extrêmement complexes. Les lois de la physique et les limites technologiques actuelles ne permettent toutefois pas d’augmenter indéfiniment la puissance d’un seul ordinateur. L’augmentation des performances passe désormais par la conception d’architectures à processeurs multiples. C’est le sujet de ce dernier chapitre.

Les acquis d'apprentissage visés par l'UE

Au terme de cette UE, l’étudiant sera capable de
  1. De citer les principaux jalons de l'histoire de l'informatique et d'expliquer leur contribution à l'essort de l'informatique actuelle.
  2. Décrire la structure générale d’un ordinateur, identifier ses différents composants et en expliquer les caractéristiques principales en employant un vocabulaire technique adéquat.
  3. Utiliser les principales techniques de représentation et de codage de l’information.
  4. Expliquer le fonctionnement et construire des circuits logiques élémentaires.
  5. Expliquer l’organisation et le fonctionnement d'un processeur.

Ces acquis d’apprentissage s’inscrivent dans les compétences/capacités suivantes du référentiel de la Section Informatique.

CPT 2 – Communiquer : Ecouter, informer, conseiller les acteurs tant en interne qu'en externe

  • Adapter ses techniques de communication, son vocabulaire à l'interlocuteur quel qu'il soit.
  • Exploiter un document technique en français et en anglais.

CPT 3 - Mobiliser les savoirs et les savoir-faire propres à l'informatique de gestion

  • Utiliser et exploiter à bon escient les ressources matérielles.
 

Les méthodes d'enseignement-apprentissage

  • Cours magistraux en présentiel ou en visioconférence
  • Capsules vidéos pour expliquer et illustrer les concepts théoriques
  • Exercices dirigés réalisés en présentiel ou en visioconférence
  • Exercices et travaux réalisés à domicile

Engagement attendu de la part de l'étudiant.e

Dans cette UE, certains concepts abordés sont complexes : il est donc conseillé de réaliser des synthèses personnelles au fur et à mesure des séances de cours. Leur mémorisation sera nécessaire, y travailler régulièrement semble donc une stratégie utile à la réussite.

L'UE comporte de très nombreux types d'exercices différents. Nous conseillons donc de ne pas attendre la session pour réaliser les exercices proposés, mais de s’y prendre au fur et à mesure, chaque semaine.

Sessions de janvier, juin et septembre

Cette épreuve présente des modalités similaires pour toutes les sessions. Elle est organisée durant la session. Il s'agit d'un examen. Cette épreuve est individuelle. Concrètement, l'épreuve repose sur une formulation écrite. Elle se déroule à cours fermé. La correction de cette épreuve est assurée par validation mixte : automatique et par un.e enseignant.e.

Badges

Cette épreuve présente des modalités similaires pour toutes les sessions. Elle est organisée avant la session. Il s'agit d'un questionnaire. Cette épreuve est individuelle. Concrètement, l'épreuve repose sur une formulation écrite. Elle se déroule à cours ouvert. La correction de cette épreuve est assurée par vérification générée automatiquement.

Règles de l’UE

Quels sont les supports et matériels de cours indispensables ?

Supports et matériels de cours

Resources bibliographiques principales

  • David A. Patterson, John L. Hennessy, « Computer Organization and Design: The Hardware / Software Interface » fifth edition, Ed. Morgan Kaufmann, 2014.
  • Andrew S. Tanenbaum, Todd Austin, « Structured Computer Organization » sixth edition, Ed. Pearson, 2013.
  • Paolo Zanella, Yves Ligier, Emmanuel Lazard, « Architecture et technologies des ordinateurs » 5e édition, Ed. Dunod, 2013.
  • Charles Petzold, « Code : The Hidden Language of Computer Hardware and Software » first edition, Microsoft Press, 2000.

La bibliographie et la webographie détaillées sont disponibles sur l'espace e-learning de l'activité d'apprentissage.

Un syllabus de théorie et un cahier d'exercices sont mis en vente en début d'année en version papier.
Les versions électroniques (PDF) sont disponibles sur l'espace de cours, mais il est vivement recommandé d'imprimer le cahier d'exercices.

Comment la note globale de l’UE est-elle déterminée ?

Explication de la pondération des différentes épreuves

La validation de l'UE02 « Architecture des ordinateurs » nécessite de valider les acquis d'apprentissage suivants :
    • AA1 - Citer les principaux jalons de l'histoire de l'informatique et d'expliquer leur contribution à l'essor de l'informatique actuelle.
    • AA2 - Décrire la structure générale d’un ordinateur, identifier ses différents composants et en expliquer les caractéristiques principales en employant un vocabulaire technique adéquat.
    • AA3 - Utiliser les principales techniques de représentation et de codage de l’information.
    • AA4 - Expliquer le fonctionnement et construire des circuits logiques élémentaires.
    • AA5 - Expliquer l’organisation et le fonctionnement d'un processeur.

Les acquis d’apprentissage sont entraînés pendant l’année par la réalisation d'exercices et de tests formatifs.
Les acquis d’apprentissage sont évalués sur base :

  • de badges certificatifs à obtenir durant l'année par la réalisation d'exercices et de tests certificatifs,
  • d'un examen écrit organisé durant une session d'examens.

Un acquis est validé par l'obtention du badge adéquat ET par la réussite de la partie correspondante de l'examen écrit.
Pour réussir l'UE, tous les acquis d'apprentissage doivent être validés, sauf éventuellement 1, mais les acquis 3 et 4 sont incontournables.

Une grille d’évaluation type est disponible sur HELMo Learn.

Quelles sont les informations administratives de cette UE ?