ARD5 - Modèle de Von Neumann

Le modèle de Von Neumann ou modèle SISD (single instruction single data) décrit l'organisation générale d'un ordinateur.

1 - Composants

1.1 L'unité arithmétique et logique ALU (arithmetic and logic unit)

Aussi appelée unitée de traitement (process unit), c'est le composant permettant d'effectuer les opérations arithmétiques et booléennes fondamentales (+, -, *, /, AND, OR, NOT, XOR, etc.).

Il contient un certain nombre de registres (circuits mémoire) :

• des registres de données ;
• un registre spécial servant d'entrée et de sortie appelé accumulateur (sortie).

1.2 L'unité de contrôle CU (control unit)

C'est le composant qui organise la communication entre les autres composants et en particulier qui met en oeuvre le cycle d'exécution des instructions.

Il contient deux registres :

• le registre instruction ou IR (instruction register) stockant d'adresse mémoire de l'instruction en cours ;
• et le pointeur d'instruction ou IP (instruction pointer) stockant l'adresse mémire de la prochaine instruction.

Pris ensembles, ces deux composants forment le processeur ou CPU (control and process unit). Si de plus, ils sont regroupés sur une seule et même puce, on parle de microprocesseur.

1.3 La mémoire

Attention : on ne parle pas ici du disque dur qui est considéré comme un périphérique.

Dans la mémoire on stocke à la fois les données (variables) et les programmes (suites d'instructions que le CPU doit exécuter).

On distingue deux type de mémoires :

• la mémoire volatile ou mémoire vive : perd son contenu si on coupe l'alimentation, on l'utilise pour sa rapidité d'accès, en lecture comme en écriture. On parle aussi de RAM (random access memory)
• la mémoire non-volatile qui conserve son contenu même si on coupe l'alimentation. On utilise par exemple la ROM (read-only memory) pour stocker les instruction du programme permettant de démarrer la machine et toutes autres données statiques lui permettant de fonctionner.

1.4 périphériques d'entrée-sortie

Tous les autres composants sont considérés comme des ajouts à la machine. Ils sont connectés à celle-ci grâce à des ports d'entrée-sortie (port IO). Voici une liste d'exemples :

Périphériques d'entrée :

• clavier, souris ;
• manettes, lecteur de code barre ;
• microphone, scanner, appareil photo, webcam.

Périphériques de sortie :

• écran, vidéo-projecteur ;
• imprimante ;
• hauts parleurs, casque audio.

Les deux :

• lecteur graveur de CD / DVD / Blueray ;
• disques durs, clés USB, cartes SD ;
• cartes réseaux.

2 - Communications : les bus de données

On appelle bus de données un ensemble de $n$ fils (au sens des circuits) généralement $n=32 ou 64$ permettant de connecter entre-eux les différents composant de l'ordinateur.

• L'unité de contrôle est reliée à l'ALU, à la mémoire et aux ports IO.
• L'ALU est reliée à l'ALU et à la mémoire.
• Les ports IO peuvent avoir accès à la mémoire via un composant spcialisé : le DMA (direct memory acces)