Première · NSI

Contrôle n°4 — Architectures matérielles

Devoir surveillé sur les composants d'un ordinateur, la mémoire et le processeur.

1h · Difficile · 3 exercices · Barème sur 20 points

Entraînement généré par IA — vérification pédagogique complète non acquise.

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Sujet

Travaille d’abord sans consulter le corrigé. Note tes réponses et les étapes de ton raisonnement.

Exercice 1 — Fonctions des composants (9 points)

1. Comparez la mémoire vive (RAM) et la mémoire de masse (disque dur, SSD) sur les points suivants : vitesse, volatilité, capacité et rôle dans l'exécution d'un programme. 2. Quel est le rôle du processeur (CPU) ? Citez les deux principales parties de son architecture interne et expliquez brièvement leur fonction. 3. Pourquoi la mémoire cache est-elle placée très près du processeur ? Quel compromis cela implique-t-il ?

Exercice 2 — Problème : Temps d'accès mémoire (6 points)

On considère un système avec une mémoire cache L1 et une mémoire vive (RAM). - Temps d'accès à la cache L1 : 1 ns (nanoseconde). - Temps d'accès à la RAM : 80 ns. - Taux de succès de la cache (hit rate) : 95% (les données sont trouvées dans la cache 95 fois sur 100). 1. Calculez le temps d'accès moyen à la mémoire pour ce système. 2. Si on améliore le taux de succès de la cache à 98%, quel est le nouveau temps d'accès moyen ? 3. Quel pourcentage d'amélioration cela représente-t-il par rapport à la situation initiale ?

Exercice 3 — Vrai ou Faux avec justification (5 points)

Indiquez si chaque affirmation est vraie ou fausse. Justifiez brièvement votre réponse. 1. La fréquence d'un processeur, exprimée en GHz, est le seul facteur déterminant sa puissance. 2. Une carte graphique (GPU) est spécialisée dans le calcul parallèle, contrairement à un CPU plus généraliste. 3. La mémoire ROM est une mémoire volatile qui perd ses données à la mise hors tension.

Corrigé et barème

Le total du barème est de 20 points. Les réponses rédigées admettent plusieurs formulations pertinentes ; compare le raisonnement, pas seulement les mots.

Exercice 1 — Fonctions des composants : 9 points

1. RAM : rapide, volatile (perte à l'extinction), capacité moyenne, stocke les données et instructions du programme en cours d'exécution. Mémoire de masse : lente, non volatile, grande capacité, stocke les données et programmes de façon permanente. 2. Le CPU exécute les instructions des programmes. Ses parties principales sont : l'unité de contrôle (UC) qui orchestre les opérations et décode les instructions, et l'unité arithmétique et logique (UAL) qui effectue les calculs. 3. La mémoire cache est très proche pour réduire le temps d'accès aux données les plus fréquemment utilisées par le CPU. Le compromis est entre la vitesse (très élevée pour le cache) et la capacité (très faible et coûteuse pour le cache).

Exercice 2 — Problème : Temps d'accès mémoire : 6 points

1. Temps moyen = (Taux succès * Temps cache) + (Taux échec * Temps RAM). Taux échec = 100% - 95% = 5%. Donc : (0.95 * 1 ns) + (0.05 * 80 ns) = 0.95 ns + 4 ns = 4.95 ns. 2. Avec 98% de succès : (0.98 * 1 ns) + (0.02 * 80 ns) = 0.98 ns + 1.6 ns = 2.58 ns. 3. Amélioration : (4.95 - 2.58) / 4.95 ≈ 0.479, soit environ 48% d'amélioration (réduction du temps).

Exercice 3 — Vrai ou Faux avec justification : 5 points

1. Faux. La puissance dépend aussi de l'architecture (nombre de cœurs, taille du cache, jeu d'instructions). Un processeur à 3 GHz avec une bonne architecture peut être plus efficace qu'un autre à 4 GHz. 2. Vrai. Un GPU possède des milliers de cœurs simples optimisés pour exécuter la même opération sur de nombreuses données en parallèle (traitement d'images, calcul scientifique). 3. Faux. La mémoire ROM (Read-Only Memory) est une mémoire non volatile. Elle conserve ses données sans alimentation. C'est la RAM qui est volatile.

Comprendre, puis réessayer

Repère une erreur précise, explique ce qui t’a manqué et refais l’exercice sans le corrigé. Reprends la notion dans ton cours avant de passer à un autre sujet.

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