$course$/QCM de NSI/Première/Architectures matérielles Modèle de von Neumann, composants d'un ordinateur
(processeur, mémoire, périphériques d'entrée/sortie),
fonctionnement du processeur (cycle de von Neumann), notions
d'assembleur et de langage machine, hiérarchie mémoire.

]]> Architectures matérielles — Q01 : Modèle de von Neumann Quels sont les composants principaux d'un ordinateur selon
le modèle de von Neumann ?

]]> Le génie de von Neumann : permettre au programme d'être traité
comme une donnée (mémoire unique), ce qui ouvre la voie aux
compilateurs, aux systèmes d'exploitation, etc.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc L'écran, le clavier, la souris et les haut-parleurs

]]> Erreur : ce sont des périphériques spécifiques.
Le modèle de von Neumann est plus général et
structurel.

]]> Le système d'exploitation et les applications

]]> Erreur : ce sont des composants logiciels, pas
le modèle d'architecture matérielle.

]]> Internet, l'écran et le clavier de l'ordinateur

]]> Erreur : Internet n'est pas un composant interne de
l'ordinateur.

]]> Un processeur, une mémoire et des entrées/sorties

]]> Bonne réponse : le modèle de von Neumann (1945)
est l'architecture de référence des ordinateurs
actuels. Sa particularité : la mémoire stocke à la
fois les données et les instructions (du
programme).

]]> Architectures matérielles — Q02 : Rôle du processeur Quel est le rôle principal du processeur (CPU) ?

]]> Un processeur moderne contient des milliards de
transistors. Il opère à plusieurs gigahertz (milliards
d'instructions par seconde) avec plusieurs cœurs en
parallèle.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Exécuter les instructions d'un programme

]]> Bonne réponse : le processeur lit les instructions
en mémoire et les exécute une par une (cycle de
von Neumann). Il contient une unité arithmétique et logique (UAL) et une unité de contrôle.

]]> Stocker durablement les données à long terme

]]> Erreur : c'est le rôle des disques durs ou SSD. Le
processeur exécute les calculs.

]]> Stocker les fichiers en mémoire vive

]]> Erreur : c'est le rôle de la RAM (mémoire vive),
pas du processeur.

]]> Afficher les images et les vidéos à l'écran

]]> Erreur : c'est le rôle de la carte graphique (GPU)
plus que du CPU principal.

]]> Architectures matérielles — Q03 : Mémoire vive (RAM) Quelle est la caractéristique principale de la mémoire vive (RAM) ?

]]> La hiérarchie mémoire moderne combine plusieurs niveaux
de vitesse : registres (CPU) > cache (CPU) > RAM > SSD
> disque dur > stockage réseau. Plus c'est rapide, plus
c'est cher et limité en capacité.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Elle est rapide d'accès et volatile (perd ses données à l'extinction)

]]> Bonne réponse : la RAM est utilisée comme zone de
travail pour les programmes en cours d'exécution.
Sa rapidité (nanosecondes) la rend bien plus
performante que les SSD ou disques durs (microsecondes
à millisecondes).

]]> Elle est plus lente que le disque dur

]]> Erreur : c'est l'inverse. La RAM est typiquement
1000 fois plus rapide qu'un disque dur, et 100
fois plus rapide qu'un SSD.

]]> Elle conserve les données même après extinction de l'ordinateur

]]> Erreur : la RAM est volatile, elle perd ses
données quand l'ordinateur s'éteint. C'est ce qui
la distingue du disque dur ou SSD.

]]> Elle stocke les programmes du système d'exploitation à long terme

]]> Erreur : c'est le disque dur qui stocke à long
terme. La RAM contient temporairement les
programmes en cours d'exécution.

]]> Architectures matérielles — Q04 : Cycle de von Neumann Quelles sont les étapes du cycle de von Neumann
exécuté par le processeur ?

]]> Ce cycle, simple en apparence, se répète sans
interruption : après chaque exécution, le compteur
ordinal désigne l'instruction suivante et le cycle
recommence.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Compiler, lier, exécuter

]]> Erreur : c'est le cycle de production d'un exécutable, pas le cycle d'exécution des
instructions.

]]> Allumer, démarrer puis attendre une action de l'utilisateur

]]> Erreur : ce serait plus une procédure de démarrage,
pas le cycle d'exécution des instructions.

]]> Lire, décoder, exécuter

]]> Bonne réponse : c'est le cycle « lecture, décodage,
exécution » qui se répète des milliards de fois par
seconde dans un processeur moderne : le processeur lit
l'instruction désignée par le compteur ordinal, la
décode puis l'exécute.

]]> Lire, écrire, supprimer

]]> Erreur : c'est plutôt le vocabulaire des opérations
sur fichiers, pas le cycle d'exécution.

]]> Architectures matérielles — Q05 : Bus Qu'est-ce qu'un bus dans une architecture
d'ordinateur ?

]]> Un bus est partagé par plusieurs composants : le
processeur indique sur le bus d'adresses avec quel
emplacement il échange, et les valeurs circulent
sur le bus de données.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Un type particulier de mémoire vive

]]> Erreur : confusion possible. Le bus relie les
composants, mais ce n'est pas une mémoire en
lui-même.

]]> Des fils conducteurs reliant les composants entre eux

]]> Bonne réponse : le bus est l'autoroute interne de
l'ordinateur. On distingue le bus de données
(qui transporte les valeurs), le bus d'adresses
(où dans la mémoire ?), et le bus de contrôle
(signaux de coordination).

]]> Un système de transport public

]]> Erreur : analogie possible mais sans rapport en
informatique.

]]> Un programme qui transporte des fichiers entre dossiers

]]> Erreur : aucun rapport avec les programmes. Un bus
est physique.

]]> Architectures matérielles — Q06 : Langage assembleur Qu'est-ce que le langage assembleur ?

]]> L'assembleur est différent pour chaque architecture
processeur (x86 pour Intel/AMD, ARM pour
smartphones et Apple Silicon, RISC-V open source).
Connaître l'assembleur aide à comprendre comment un
programme s'exécute concrètement.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Un langage de très haut niveau comme Python ou Java

]]> Erreur : c'est l'inverse. L'assembleur est un
langage de bas niveau, très proche du matériel.

]]> Le langage utilisé par le système d'exploitation

]]> Erreur : les systèmes modernes sont surtout écrits
en C/C++ (avec un peu d'assembleur dans les
parties très bas niveau).

]]> Un compilateur qui transforme le code source en exécutable

]]> Erreur : un compilateur transforme un langage de
haut niveau (C, Java) en assembleur ou en machine.
L'assembleur est un langage, pas un outil.

]]> Un langage symbolique de bas niveau, proche du processeur

]]> Bonne réponse : chaque instruction assembleur
correspond généralement à une instruction machine.
Par exemple, MOV AX, 5 charge la valeur 5 dans
le registre AX. C'est plus lisible que le binaire
mais reste très proche du matériel.

]]> Architectures matérielles — Q07 : Unité arithmétique et logique Que fait l'unité arithmétique et logique (UAL) du
processeur ?

]]> L'UAL est composée de circuits logiques (additionneurs,
comparateurs, décaleurs, portes ET/OU/NON). C'est
l'application concrète de l'algèbre de Boole étudiée
en NSI.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Elle stocke les fichiers du système

]]> Erreur : aucun stockage. L'UAL est une unité de
calcul.

]]> Elle effectue les calculs arithmétiques et logiques

]]> Bonne réponse : l'UAL est le « calculateur » du
processeur. Elle prend deux opérandes en entrée et
produit un résultat selon l'opération demandée par
l'unité de contrôle.

]]> Elle gère tous les périphériques d'entrée et de sortie

]]> Erreur : c'est le rôle des contrôleurs d'E/S, pas
de l'UAL.

]]> Elle décode les instructions

]]> Erreur : c'est l'unité de contrôle qui décode.
L'UAL exécute les opérations une fois décodées.

]]> Architectures matérielles — Q08 : Registres Qu'est-ce qu'un registre dans un processeur ?

]]> Un programme assembleur manipule essentiellement les
registres : on charge des données depuis la RAM dans
des registres, on calcule, et on écrit le résultat
ailleurs. C'est la base du fonctionnement à bas niveau.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Un type de bus

]]> Erreur : un registre n'est pas un bus, c'est un
composant de stockage très rapide.

]]> Une mémoire ultra-rapide interne au processeur

]]> Bonne réponse : les registres sont les zones de
stockage les plus rapides (accès en un cycle
d'horloge). Un processeur en contient typiquement
quelques dizaines à quelques centaines, contre des
milliards de bits en RAM.

]]> Un fichier où l'on liste les utilisateurs du système

]]> Erreur : aucun rapport avec les utilisateurs.

]]> La mémoire vive de l'ordinateur

]]> Erreur : la RAM est externe au processeur. Les
registres sont internes.

]]> Architectures matérielles — Q09 : Horloge du processeur Que mesure-t-on en gigahertz (GHz) sur un processeur ?

]]> Attention : la fréquence n'est pas le seul facteur de
performance. Un processeur à 3 GHz peut être plus
rapide qu'un autre à 4 GHz s'il exécute plus
d'opérations par cycle ou s'il a plus de cœurs.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Le nombre de cycles par seconde de l'horloge

]]> Bonne réponse : un processeur à 3 GHz fait
3 milliards de cycles par seconde. Chaque cycle
peut typiquement exécuter une (ou plusieurs)
instructions. Mais ce n'est qu'une mesure parmi
d'autres de la performance.

]]> La quantité de mémoire disponible

]]> Erreur : la mémoire se mesure en octets, pas en
hertz.

]]> La consommation électrique

]]> Erreur : la consommation se mesure en watts, pas en
hertz.

]]> La taille des données traitées par instruction

]]> Erreur : c'est plutôt l'architecture (32, 64
bits) qui définit la taille des mots traités.

]]> Architectures matérielles — Q10 : Reconnaître un actionneur Un robot aspirateur comporte les composants suivants. Lequel est un
actionneur ?

]]> Les capteurs transmettent des mesures au programme (entrées), les
actionneurs exécutent ses commandes (sorties) : moteurs,
haut-parleurs, voyants lumineux, etc.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Le détecteur de vide au bord des escaliers

]]> Erreur : ce détecteur est un capteur : il signale au programme
l'absence de sol. C'est ensuite le programme qui commande les
moteurs pour s'arrêter.

]]> La caméra qui repère les obstacles

]]> Erreur : la caméra est un capteur : elle recueille des images
que le programme analyse. Elle ne produit aucune action sur
l'environnement.

]]> Le moteur qui fait tourner les roues

]]> Bonne réponse : un actionneur agit sur le monde physique à partir
d'une commande du programme. Le moteur transforme un signal
électrique en mouvement.

]]> Le capteur de choc placé à l'avant

]]> Erreur : le capteur de choc est un capteur : il mesure une
grandeur physique (un contact) et transmet l'information au
programme, sans agir lui-même.

]]> Architectures matérielles — Q11 : Hiérarchie mémoire Pourquoi a-t-on plusieurs niveaux de mémoire dans un
ordinateur (registres, cache, RAM, disque) ?

]]> Si l'on devait faire toute la mémoire au niveau des
registres, on aurait moins d'un kilooctet à coût
raisonnable. Si on faisait tout au niveau du disque,
le processeur passerait son temps à attendre.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Pour rendre les programmes incompatibles

]]> Erreur : la hiérarchie est invisible aux programmes
(gérée par le matériel et le système d'exploitation).

]]> Pour faire un compromis entre vitesse, capacité et coût

]]> Bonne réponse : les registres et caches sont
ultra-rapides mais très petits et coûteux ; la RAM
est rapide et de taille modérée ; le disque dur est
lent mais énorme et bon marché. Combiner les trois
permet d'avoir à la fois la performance et la
capacité.

]]> Pour rendre l'ordinateur plus complexe

]]> Erreur : la complexité n'est pas un objectif.
C'est un compromis pratique.

]]> Parce que les ingénieurs n'ont pas su choisir

]]> Erreur : la hiérarchie est un choix délibéré, pas
un défaut.

]]> Architectures matérielles — Q12 : Mémoire cache À quoi sert la mémoire cache d'un processeur ?

]]> Les processeurs modernes ont 3 niveaux de cache (L1,
L2, L3) avec des tailles et vitesses croissantes mais
restant bien plus rapides que la RAM. La gestion du
cache est un domaine complexe qui influe énormément
sur les performances.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Stocker les fichiers temporaires du système d'exploitation

]]> Erreur : confusion possible avec le cache du
navigateur ou du système. Ici on parle du cache
processeur (interne).

]]> Sauvegarder les fichiers avant l'extinction

]]> Erreur : la cache processeur est volatile, comme
la RAM. Elle ne sert pas à la sauvegarde.

]]> Garder les données récentes pour un accès plus rapide

]]> Bonne réponse : la cache exploite le principe de
localité (les programmes ont tendance à réutiliser
les mêmes données ou des données voisines). En
gardant les données chaudes dans une mémoire
ultra-rapide proche du processeur, on évite des
accès lents à la RAM.

]]> Compresser les données

]]> Erreur : aucun rapport avec la compression.

]]> Architectures matérielles — Q13 : Adresse mémoire Qu'est-ce qu'une adresse mémoire ?

]]> En Python, on ne manipule pas directement les
adresses mémoire : l'interpréteur et le système
d'exploitation décident où ranger les valeurs.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Le nom du processeur

]]> Le nom commercial du
processeur (par exemple
Intel Core i7) est une
dénomination, pas une
adresse mémoire. Une
adresse mémoire est un
entier qui désigne un
emplacement précis dans
la RAM.

]]> Un numéro qui identifie un emplacement dans la mémoire

]]> Bonne réponse : la mémoire est vue comme un
immense tableau d'octets, indexés de 0 à
quelques milliards. L'adresse identifie où lire ou
écrire. Sur un processeur 64 bits, les adresses
peuvent aller jusqu'à 2⁶⁴.

]]> Un identifiant unique pour chaque programme installé

]]> Erreur : une adresse mémoire ne désigne pas un
programme, mais un emplacement précis de la
mémoire.

]]> Le nom d'un fichier sur le disque

]]> Erreur : confusion avec un chemin. Une adresse
mémoire est numérique.

]]> Architectures matérielles — Q14 : Architecture 64 bits Que signifie qu'un processeur est en architecture 64 bits ?

]]> Le passage à 64 bits (2003 pour AMD, 2006 pour
Apple Silicon) a permis de dépasser la barre des
4 Gio adressables, qui posait problème avec les
grandes bases de données et le calcul scientifique.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Ses registres et adresses font 64 bits

]]> Bonne réponse : il peut traiter des entiers jusqu'à
2⁶⁴ - 1 en une seule instruction et adresser
jusqu'à 2⁶⁴ octets de mémoire (soit
16 exbioctets, largement plus que toute mémoire
actuelle). Les processeurs modernes sont presque
tous en 64 bits.

]]> Il a 64 fils dans ses bus

]]> Erreur : trop simpliste. Le « 64 bits » concerne
la taille des registres et des adresses, pas le
nombre de fils physiques.

]]> Il possède exactement 64 cœurs de calcul

]]> Erreur : le nombre de cœurs et la taille des mots
sont indépendants. Un processeur 64 bits peut
avoir 1 ou 128 cœurs.

]]> Il fait 64 instructions par seconde

]]> Erreur : il en fait des milliards par seconde, pas
64.

]]> Architectures matérielles — Q15 : Multi-cœurs Qu'apporte un processeur multi-cœurs ?

]]> Le multi-cœur a redéfini la programmation depuis les
années 2000. Beaucoup d'algorithmes ont dû être
repensés pour exploiter le parallélisme efficacement
(problèmes de synchronisation, de partage de données).

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Il a une mémoire vive plus grande

]]> Erreur : la mémoire est externe et ne dépend pas
du nombre de cœurs.

]]> Il fonctionne entièrement sans système d'exploitation

]]> Erreur : aucun rapport. Le SE est nécessaire pour
orchestrer les processus.

]]> Il consomme moins d'énergie que les anciens

]]> Erreur : ce n'est pas la motivation principale du
multi-cœur (même si l'efficacité énergétique est un
avantage indirect).

]]> Il exécute plusieurs instructions en parallèle

]]> Bonne réponse : avec N cœurs, on peut exécuter
N programmes en vrai parallèle, un par cœur.
C'est devenu indispensable car les fréquences
d'horloge stagnent depuis 2005 environ.

]]> Architectures matérielles — Q16 : Langage machine Qu'est-ce que le langage machine ?

]]> Le langage machine est spécifique à chaque architecture
(x86, ARM, RISC-V). Un programme en langage machine
pour x86 ne tourne pas tel quel sur un Mac M1
(ARM), il faut le recompiler ou utiliser un
émulateur.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Un langage parlé par les robots

]]> Le langage machine est
un encodage binaire
interne au processeur,
pas une langue parlée.
Les robots qui « parlent »
utilisent la synthèse vocale,
ce qui est tout autre chose.

]]> Un protocole réseau

]]> Un protocole réseau (TCP,
HTTP, etc.) régit les échanges
entre machines. Le langage
machine, lui, est purement
interne au processeur.

]]> La représentation binaire des instructions du processeur

]]> Bonne réponse : chaque instruction est codée en
binaire selon une grammaire précise (opcode,
opérandes). Le processeur lit ces bits et les
exécute. L'assembleur est une notation symbolique
du langage machine.

]]> Un langage de programmation de haut niveau comme C ou Python

]]> Erreur : C et Python sont des langages de haut niveau, qu'il faut traduire en langage machine
pour qu'ils s'exécutent.

]]> Architectures matérielles — Q17 : Compteur ordinal Qu'est-ce que le compteur ordinal (ou compteur de
programme, PC) du processeur ?

]]> Le PC est central dans le fonctionnement séquentiel
des programmes. Comprendre le PC permet de comprendre
comment fonctionnent les boucles, conditions, et
appels de fonction au niveau matériel.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Le registre pointant la prochaine instruction

]]> Bonne réponse : à chaque cycle, le processeur lit
l'instruction à l'adresse pointée par le PC,
l'exécute, puis incrémente le PC pour passer à la
suivante. Les sauts (if, boucles, fonctions)
modifient le PC autrement.

]]> Un compteur de bugs

]]> Le compteur ordinal n'a
aucun rapport avec les
bugs : c'est un registre
matériel qui pointe sur
la prochaine instruction
à exécuter.

]]> Un identifiant unique de l'utilisateur

]]> Le PC est interne au
processeur et change à
chaque cycle. Il n'identifie
ni l'utilisateur ni la session.

]]> Un compteur qui mesure la durée totale du programme

]]> Erreur : il ne mesure pas le temps. Il pointe sur
une instruction.

]]> Architectures matérielles — Q19 : SSD vs disque dur Quelle est la différence principale entre un SSD et
un disque dur classique (HDD) ?

]]> Pour un usage usuel : SSD pour le système et les
applications (rapidité critique), HDD pour les gros
fichiers d'archive (économique). Les disques durs
mécaniques tendent à disparaître hors usage de stockage
massif.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Aucune différence fondamentale

]]> Erreur : ils ont des technologies très différentes
avec des compromis différents.

]]> Le SSD utilise de la mémoire flash, le HDD des plateaux mécaniques

]]> Bonne réponse : le SSD est beaucoup plus rapide
(pas de temps d'accès mécanique), plus silencieux,
plus résistant aux chocs. Mais il a une durée de
vie limitée par le nombre d'écritures par cellule.

]]> Le SSD coûte moins cher au gigaoctet

]]> Erreur : c'est plutôt l'inverse, même si l'écart se
réduit. Pour de gros volumes, le HDD reste moins
cher.

]]> Le SSD utilise des disques magnétiques en rotation, le HDD des puces de mémoire

]]> Erreur : c'est l'inverse exact. Le HDD a des
plateaux mécaniques, le SSD est purement
électronique.

]]> Architectures matérielles — Q20 : ROM vs RAM Quelle est la différence entre ROM et RAM ?

]]> ROM signifie Read-Only Memory (mémoire en lecture
seule) ; RAM signifie Random Access Memory (mémoire
à accès direct). Aujourd'hui, la « ROM » des
ordinateurs est souvent une mémoire flash,
modifiable mais non volatile.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc La ROM est généralement plus grande que la RAM

]]> Erreur : c'est généralement l'inverse. La ROM est
souvent de petite taille, la RAM bien plus grande
pour les programmes en cours.

]]> ROM concerne la mémoire externe (disque), RAM la mémoire interne

]]> Erreur : les deux sont des mémoires internes,
c'est leur volatilité qui les distingue.

]]> La ROM est non volatile et fixe, la RAM volatile et modifiable

]]> Bonne réponse : la ROM conserve son contenu,
fixé à la fabrication, même quand l'ordinateur
est éteint. La RAM est la zone de travail
temporaire.

]]> ROM est plus rapide que RAM

]]> Erreur : la RAM est généralement plus rapide d'accès.
La ROM se distingue par sa persistance et sa
non-modifiabilité (dans sa version de base).

]]> Architectures matérielles — Q25 : Évolution historique Lequel des énoncés suivants est vrai sur l'évolution
des architectures matérielles depuis 50 ans ?

]]> L'avenir s'oriente vers un retour à du calcul
spécialisé : processeurs graphiques pour
l'intelligence artificielle, processeurs
neuronaux pour les téléphones, circuits logiques
programmables dans les serveurs. À plus long
terme, on attend l'arrivée à grande échelle du
calcul quantique et neuromorphique.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Le nombre de transistors croît toujours, mais la performance par cœur stagne

]]> Bonne réponse : la loi de Moore reste globalement
vraie pour la densité, mais traduite différemment :
plus de cœurs, plus de cache, plus d'unités
spécialisées (GPU, NPU). La performance brute de
chaque cœur stagne depuis 2005 environ.

]]> Le modèle de von Neumann est totalement obsolète depuis longtemps

]]> Erreur : le modèle de von Neumann reste la base de
tous les ordinateurs modernes, même s'il est
enrichi par de nombreuses optimisations.

]]> La fréquence d'horloge des processeurs grand public a continué de doubler chaque année

]]> Erreur : la fréquence stagne autour de 3-5 GHz
depuis 2005 environ. Le gain de performance vient
d'autres techniques (multi-cœurs, parallélisme,
architecture).

]]> Les ordinateurs sont aujourd'hui aussi performants que dans les années 1970

]]> Erreur : la performance a augmenté de plusieurs
ordres de grandeur depuis les années 1970.

]]> Architectures matérielles — Q26 : Périphériques d'entrée/sortie Parmi les éléments suivants, lequel n'est pas un
périphérique d'entrée/sortie ?

]]> Les périphériques d'entrée/sortie permettent à
l'ordinateur de dialoguer avec l'utilisateur ou
avec d'autres machines. Un même appareil peut
assurer les deux rôles : un disque dur (lecture
et écriture), un écran tactile (affichage et
saisie) ou une carte réseau (réception et envoi).

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Le transistor

]]> Bonne réponse : un transistor est un composant
électronique élémentaire utilisé pour fabriquer
des portes logiques au cœur du processeur. Il
ne sert pas à communiquer avec l'extérieur, il
est interne au matériel.

]]> La souris

]]> La souris est bien un périphérique d'entrée :
elle transmet à l'ordinateur la position du
curseur et les clics de l'utilisateur.

]]> L'imprimante

]]> L'imprimante est un périphérique de sortie :
elle reçoit des données de l'ordinateur pour
produire un document physique.

]]> Le clavier

]]> Le clavier est un périphérique d'entrée :
chaque touche enfoncée envoie un code à
l'ordinateur.

]]> Architectures matérielles — Q27 : Comparer deux processeurs sur une tâche parallèle Deux processeurs sont proposés pour un travail de rendu vidéo,
tâche qui se parallélise très bien :
le processeur A est cadencé à 4 GHz et possède 4 cœurs ;
le processeur B est cadencé à 3 GHz et possède 8 cœurs.
Lequel sera, en pratique, le plus performant sur cette tâche ?

]]> Sur une tâche très parallèle, le débit total se rapproche
du produit fréquence par nombre de cœurs ; sur une tâche
séquentielle (qui n'utilise qu'un cœur), c'est la fréquence
seule qui compte. Le choix d'un processeur dépend donc du
profil de la charge de travail visée.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Le processeur B, car doubler les cœurs compense l'écart de fréquence sur une tâche parallèle

]]> Bonne réponse : pour une tâche qui se parallélise bien,
le débit total est approximativement proportionnel au
produit fréquence par nombre de cœurs.
Pour A on a 4 × 4 = 16 unités de travail
par seconde (en notation simplifiée), et pour B
3 × 8 = 24. B l'emporte donc nettement.

]]> Aucun des deux, car la performance d'un processeur ne dépend ni de la fréquence ni du nombre de cœurs

]]> Erreur : ces deux paramètres sont des indicateurs réels
de performance, simplement non suffisants à eux seuls
(la taille des caches, l'architecture interne et le jeu
d'instructions interviennent aussi).

]]> Le processeur A, car les processeurs à haute fréquence sont systématiquement les plus récents

]]> Erreur : la fréquence d'horloge stagne depuis le milieu
des années 2000. Un processeur à 3 GHz peut être bien
plus récent et performant qu'un autre à 4 GHz.

]]> Le processeur A, car une fréquence d'horloge plus élevée signifie qu'il exécute toujours plus d'instructions par seconde

]]> Erreur : la fréquence d'horloge ne mesure que la cadence
d'un seul cœur. Pour les charges parallèles, le nombre
de cœurs est au moins aussi déterminant.

]]> Architectures matérielles — Q28 : Pourquoi la fréquence stagne Le nombre de transistors par puce ne cesse d'augmenter
régulièrement, mais la fréquence d'horloge des
processeurs grand public a cessé d'augmenter significativement
depuis le milieu des années 2000 (elle plafonne autour de
3 à 5 GHz). Quelle en est la cause principale ?

]]> Cette barrière physique a réorienté l'industrie vers le
parallélisme (multi-cœurs, GPU, processeurs spécialisés)
pour continuer à exploiter l'augmentation du nombre de
transistors. C'est une illustration concrète des limites
de la loi de Moore, qui décrit la densité d'intégration et
non la vitesse d'horloge.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc La consommation et la chaleur croissent trop vite avec la fréquence pour être évacuées

]]> Bonne réponse : la puissance dissipée par un circuit
augmente très vite avec la fréquence. Au-delà d'un
certain seuil, la chaleur produite ne peut plus être
évacuée sans refroidissement extrême. Les fabricants
ont donc privilégié la multiplication des cœurs.

]]> Les constructeurs se sont mis d'accord pour ne plus vendre de processeurs au-dessus de 5 GHz, par souci de standardisation

]]> Erreur : il n'existe aucun accord de ce type, la
contrainte est physique.

]]> Les transistors ne sont plus utilisés dans les processeurs récents, qui reposent sur d'autres technologies

]]> Erreur : les processeurs actuels sont toujours composés
de milliards de transistors, simplement gravés plus
finement.

]]> Les utilisateurs ne demandent plus de processeurs rapides depuis l'arrivée des smartphones

]]> Erreur : la demande de performance n'a jamais cessé,
la limite est technologique et non commerciale.

]]> Architectures matérielles — Q29 : Rôle d'un capteur Quel est le rôle d'un capteur dans un système
informatique ?

]]> Capteurs et actionneurs sont les périphériques des
objets connectés : le capteur est une entrée (il
mesure), l'actionneur une sortie (il agit), et le
programme fait le lien entre les deux.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Produire un mouvement ou une action physique (rotation, chauffe, éclairage) à partir d'un ordre du programme

]]> C'est la définition d'un actionneur, la sortie du
système.

]]> Convertir une grandeur physique (température, lumière, distance) en valeur lisible par un programme

]]> Le capteur est une entrée : il mesure et fournit
un nombre.

]]> Exécuter le programme qui traite les mesures et décide des actions à mener en fonction des résultats

]]> L'exécution revient au processeur ; le capteur ne
fait que fournir des données.

]]> Conserver les mesures effectuées (température, lumière, distance) afin que le programme les relise plus tard

]]> Le stockage relève de la mémoire ; le capteur
mesure, il ne retient rien.

]]> Architectures matérielles — Q30 : Le sens des informations dans un thermostat Un thermostat connecté comprend une sonde de
température, un microcontrôleur qui exécute le
programme et un relais qui allume le chauffage.
Dans quel sens circulent les informations ?

]]> La chaîne est toujours la même : capteur, puis
programme, puis actionneur. Le capteur est un
périphérique d'entrée, l'actionneur un périphérique
de sortie ; le programme lit l'un et commande
l'autre.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc De la sonde vers le relais directement, le programme se contentant d'observer

]]> Sans le programme, aucune décision n'est prise ;
le relais ne sait pas interpréter une
température.

]]> Du relais vers le programme, puis du programme vers la sonde

]]> Le relais n'a rien à mesurer et la sonde ne
reçoit pas d'ordre : les rôles sont inversés.

]]> De la sonde vers le programme, puis du programme vers le relais

]]> La sonde (capteur) fournit une mesure, le
programme décide, le relais (actionneur) exécute.

]]> Du programme vers la sonde et vers le relais, qui lui renvoient tous deux une mesure

]]> Seule la sonde mesure ; le relais reçoit un
ordre, il ne renvoie pas de valeur.

]]> Architectures matérielles — Q31 : Convertir la lecture d'un capteur Un capteur de tension fournit au programme un entier
n compris entre 0 et 1023, proportionnel à une
tension de 0 à 5 V (0 pour 0 V, 1023 pour
5 V). Quelle expression calcule la tension en
volts ?

]]> Une conversion proportionnelle s'écrit
valeur_max_physique * n / valeur_max_capteur.
Vérifier sur les bornes (0 et 1023) suffit à
écarter les expressions fausses ; n = 512 donne
environ 2{,}5 V.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc n * 1023 / 5

]]> Même erreur : la tension calculée grimperait
au-delà de 200 000 au lieu de s'arrêter à 5.

]]> n * 5 / 1023

]]> Pour n = 1023, on obtient 5{,}0 ; pour
n = 0, on obtient 0 : la relation est bien
proportionnelle.

]]> 5 / n

]]> Ce quotient décroît quand n augmente et échoue
pour n = 0 (division par zéro).

]]> n / 5 * 1023

]]> Pour n = 1023, cette expression dépasse
200 000 ; les facteurs sont inversés.

]]> Architectures matérielles — Q32 : Dérouler quatre instructions machine Un processeur exécute la séquence suivante, où LDR charge une
valeur dans un registre, ADD additionne et STR range un registre
en mémoire :
`
LDR R0, 5
LDR R1, 3
ADD R2, R0, R1
STR R2, [100]
`
Que contient la case mémoire d'adresse 100 à la fin ?

]]> Une instruction machine fait une seule chose : charger, calculer ou
ranger. Dérouler un programme consiste à suivre les registres et la
mémoire instruction par instruction.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc 100

]]> Erreur : 100 est l'adresse où le résultat est rangé, pas la
valeur rangée.

]]> 2

]]> Erreur : ADD R2, R0, R1 calcule R0 + R1, pas leur
différence.

]]> 8

]]> Bonne réponse : R0 reçoit 5, R1 reçoit 3, R2
reçoit leur somme 8, puis cette somme est écrite à
l'adresse 100.

]]> 15

]]> Erreur : ADD additionne, elle ne multiplie pas.

]]> Architectures matérielles — Q33 : Le goulot d'étranglement de von Neumann On parle de « goulot d'étranglement de von Neumann ». De quoi
s'agit-il ?

]]> Les mémoires caches, placées près du processeur, servent à réduire
ce goulot en évitant une partie des accès à la mémoire vive.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Du bus unique entre processeur et mémoire, qui limite le débit

]]> Bonne réponse : instructions et données transitent par le même
chemin. Le processeur, bien plus rapide que la mémoire, passe
une partie de son temps à attendre.

]]> De la chaleur dégagée par le processeur à haute fréquence

]]> Erreur : la dissipation thermique limite la fréquence, mais ce
n'est pas ce que désigne l'expression.

]]> De l'impossibilité de stocker un programme et ses données en mémoire

]]> Erreur : stocker le programme en mémoire est précisément le
principe du modèle.

]]> De la taille limitée des registres du processeur, trop peu nombreux

]]> Erreur : les registres sont rapides et peu nombreux par choix ;
le goulot concerne les échanges avec la mémoire.

]]> Architectures matérielles — Q34 : Un intrus parmi les composants Parmi les éléments suivants, lequel ne fait pas partie du modèle
de von Neumann ?

]]> Le modèle de von Neumann décrit une organisation matérielle ; les
logiciels, système d'exploitation compris, s'exécutent dessus.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Le système d'exploitation

]]> Bonne réponse : le système d'exploitation est un logiciel. Le
modèle de von Neumann décrit le matériel : unité de commande,
unité arithmétique et logique, mémoire, entrées-sorties.

]]> L'unité arithmétique et logique

]]> Erreur : elle fait partie du processeur décrit par le modèle,
chargée des calculs.

]]> Les dispositifs d'entrée et de sortie

]]> Erreur : les entrées-sorties sont l'un des quatre blocs du
modèle.

]]> La mémoire contenant programme et données

]]> Erreur : la mémoire unique pour le programme et les données est
au cœur du modèle.

]]> Architectures matérielles — Q35 : La durée d'un milliard d'instructions Un processeur cadencé à 2 GHz exécute en moyenne une instruction
par cycle d'horloge. Combien de temps lui faut-il pour exécuter
un milliard d'instructions ?

]]> La fréquence donne le nombre de cycles par seconde. À une
instruction par cycle, un processeur à 2 GHz en traite
2 milliards chaque seconde.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Environ 2 s

]]> Erreur : le rapport est inversé. La durée est le nombre
d'instructions divisé par la fréquence, pas le contraire.

]]> Environ 2 × 10⁹ s

]]> Erreur : 2 × 10⁹ est un nombre de cycles, pas une durée.

]]> Environ 0{,}5 s

]]> Bonne réponse : 2 GHz, c'est 2 × 10⁹ cycles par
seconde, donc autant d'instructions. un milliard d'instructions
demandent 0{,}5 s.

]]> Environ 1 s, une instruction par nanoseconde

]]> Erreur : à 2 GHz, un cycle dure moins d'une nanoseconde ;
la durée dépend de la fréquence et du nombre d'instructions.

]]> Architectures matérielles — Q36 : Le jeu d'instructions Qu'appelle-t-on le jeu d'instructions d'un processeur ?

]]> Deux processeurs de familles différentes n'ont pas le même jeu
d'instructions : un programme compilé pour l'un ne s'exécute pas
sur l'autre.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc L'ensemble des opérations élémentaires qu'il sait exécuter

]]> Bonne réponse : charger, ranger, additionner, comparer, sauter
: chaque processeur dispose d'une liste finie d'instructions
câblées, chacune avec son code binaire.

]]> Les fonctions prédéfinies d'un langage comme Python

]]> Erreur : les fonctions d'un langage sont traduites en de
nombreuses instructions machine.

]]> Le programme actuellement en cours d'exécution sur la machine

]]> Erreur : un programme est une suite d'instructions choisies
dans le jeu ; le jeu lui-même est fixé par le processeur.

]]> La liste des périphériques reconnus par la machine

]]> Erreur : les périphériques relèvent des entrées-sorties, pas du
jeu d'instructions.

]]> Architectures matérielles — Q37 : Le rôle d'un saut conditionnel À quoi sert une instruction de saut conditionnel dans un programme
en langage machine ?

]]> Toutes les structures de contrôle d'un langage évolué, conditions
et boucles, se ramènent en langage machine à des sauts,
conditionnels ou non.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc À modifier le compteur ordinal selon un test

]]> Bonne réponse : sans saut, les instructions s'exécutent dans
l'ordre. Le saut conditionnel permet de passer ailleurs si une
condition est vraie, ce qui traduit if et while.

]]> À transférer des données entre deux registres

]]> Erreur : le transfert entre registres est une instruction de
déplacement, pas un saut.

]]> À sauter une instruction erronée pour éviter un plantage

]]> Erreur : le saut n'a rien d'un mécanisme de sécurité ; il
exprime la logique du programme.

]]> À accélérer le processeur en passant au cycle suivant

]]> Erreur : un saut ne change pas la vitesse, seulement l'adresse
de la prochaine instruction.

]]> Architectures matérielles — Q38 : Le compteur ordinal après une instruction Le compteur ordinal vaut 100 et l'instruction située à cette
adresse occupe 4 octets. En l'absence de saut, que vaut le
compteur ordinal après son exécution ?

]]> Le compteur ordinal contient l'adresse de la prochaine instruction.
Il progresse automatiquement, et seuls les sauts le modifient
autrement.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc 96

]]> Erreur : le programme avance vers les adresses croissantes, sauf
saut explicite.

]]> 100

]]> Erreur : s'il ne changeait pas, la même instruction serait
exécutée indéfiniment.

]]> 101

]]> Erreur : les adresses comptent des octets, et une instruction en
occupe 4.

]]> 104

]]> Bonne réponse : le compteur ordinal avance de la taille de
l'instruction pour désigner la suivante, à l'adresse
100 + 4.

]]> Architectures matérielles — Q39 : Une boucle en langage machine Un processeur exécute ce programme, où SUB R0, R0, 1 retire 1 à
R0, CMP compare et BNE saute à l'étiquette si la dernière
comparaison n'a pas donné l'égalité :
`
LDR R0, 3
boucle:
SUB R0, R0, 1
CMP R0, 0
BNE boucle

Combien de fois l'instruction SUB` est-elle exécutée ?

]]> Une boucle en langage machine est un saut arrière conditionnel.
La dérouler, c'est suivre le registre compteur jusqu'à ce que le
saut ne soit plus pris.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc 4 fois

]]> Erreur : dès que R0 vaut 0, BNE ne saute plus et la
boucle s'arrête.

]]> Une infinité de fois, BNE sautant toujours

]]> Erreur : BNE ne saute que si la comparaison n'a pas donné
l'égalité, ce qui finit par arriver.

]]> 3 fois

]]> Bonne réponse : R0 part de 3 et perd 1 à chaque tour. Le
saut arrière a lieu tant que R0 n'est pas nul, soit 3
passages par SUB.

]]> 2 fois

]]> Erreur : le dernier tour, qui fait passer R0 de 1 à 0,
exécute aussi SUB avant que BNE ne laisse passer.

]]> Architectures matérielles — Q40 : La capacité d'une mémoire adressable Les adresses d'une mémoire sont codées sur 16 bits et chaque
adresse désigne un octet. Combien d'octets cette mémoire peut-elle
contenir au maximum ?

]]> La taille des adresses fixe la mémoire accessible : 32 bits
donnent 4 Gio, raison pour laquelle les architectures sont
passées à 64 bits.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc 16 octets

]]> Erreur : 16 est le nombre de bits d'une adresse, pas le
nombre d'adresses.

]]> 65 536 octets

]]> Bonne réponse : 16 bits permettent 2¹⁶ = 65 536 adresses
différentes, donc autant d'octets adressables.

]]> 256 octets

]]> Erreur : le nombre d'adresses est une puissance de deux,
2¹⁶.

]]> 32 octets

]]> Erreur : les adresses se combinent, elles ne s'additionnent
pas ; chaque bit double le nombre d'adresses.

]]> Architectures matérielles — Q41 : Un document perdu à la coupure de courant Pendant une coupure de courant, Lina perd le texte qu'elle n'avait
pas enregistré, mais retrouve ses fichiers précédents. Comment
l'expliquer ?

]]> Mémoire vive rapide mais volatile, stockage de masse lent mais
durable : enregistrer fait passer les données de l'une à l'autre.

]]> 1.0 0.0 0 true true abc Les fichiers précédents étaient en mémoire vive et le texte sur le disque

]]> Erreur : c'est l'inverse : ce qui survit à la coupure est ce
qui était sur le disque.

]]> Le système d'exploitation efface les documents ouverts en cas de panne

]]> Erreur : aucun effacement n'est décidé par le système ; la
mémoire vive perd simplement son contenu sans courant.

]]> Le disque n'avait plus de place pour enregistrer automatiquement

]]> Erreur : la place n'est pas en cause ; sans ordre
d'enregistrement, le texte n'avait jamais quitté la mémoire
vive.

]]> Le texte était en mémoire vive, volatile, les fichiers sur le disque

]]> Bonne réponse : la mémoire vive s'efface sans alimentation.
Enregistrer copie les données vers un support qui les conserve
hors tension.

]]>