Spé. NSI · Terminale · cours rédigé et vérifié par Claryo, conforme au Bulletin officiel
Un système sur puce (SoC, System on Chip) intègre sur un seul circuit de silicium les composants qui, dans un ordinateur classique, étaient répartis sur une carte mère : le processeur (CPU), le processeur graphique (GPU), de la mémoire, des contrôleurs d'entrée-sortie, et souvent un modem et des capteurs. C'est l'architecture des smartphones, tablettes et objets connectés, où compacité et faible consommation sont déterminantes.
Tous ces composants suivent le modèle d'architecture de von Neumann (1945) : programme et données sont stockés dans la même mémoire. On distingue trois blocs reliés par des bus (faisceaux de fils transportant adresses, données et signaux de commande) : - l'unité centrale (CPU), formée de l'unité arithmétique et logique (UAL, qui effectue calculs et comparaisons) et de l'unité de commande (qui lit, décode et séquence les instructions) ; - la mémoire, qui contient instructions et données ; - les dispositifs d'entrée-sortie (clavier, écran, réseau, capteurs).
Le CPU possède peu de cœurs mais puissants : il excelle dans les tâches séquentielles variées et la logique de contrôle. Le GPU possède au contraire des milliers de cœurs simples : il est taillé pour le calcul parallèle massif (graphismes, images, IA). La mémoire cache est une petite mémoire très rapide proche du CPU qui exploite la localité des accès pour limiter les lents allers-retours vers la RAM.
Conversions à maîtriser (préfixes binaires) : 1\ \text{octet} = 8\ \text{bits}, \quad 1\ \text{Kio} = 2^{10}\ \text{o}, \quad 1\ \text{Mio} = 2^{20}\ \text{o}, \quad 1\ \text{Gio} = 2^{30}\ \text{o}.
Schéma de von Neumann : \text{Entrées} \rightarrow [\,\text{CPU (UAL + commande)} \longleftrightarrow \text{Mémoire}\,] \rightarrow \text{Sorties} le tout relié par les bus d'adresses, de données et de commandes.
Loi de Moore : le nombre de transistors par puce, à coût constant, double environ tous les deux ans. C'est une tendance économique observée, pas une loi physique, et elle ralentit.
1. Pour une conversion de mémoire, repérer s'il s'agit de bits ou d'octets, puis exprimer tout en puissances de 2 et factoriser : 2^{a} \times 2^{b} = 2^{a+b}. 2. Pour comparer CPU et GPU, raisonner sur le couple (nombre de cœurs, type de tâche) : séquentiel/varié pour le CPU, parallèle/répétitif pour le GPU. 3. Pour justifier un avantage du SoC, relier la propriété (compacité, vitesse, consommation) à un mécanisme physique (bus plus courts, moins d'énergie, latence réduite).
Sachez définir un SoC et en citer les composants, restituer le modèle de von Neumann avec ses trois blocs et ses bus, et opposer CPU et GPU sur le plan du parallélisme. Les conversions d'unités (bits/octets, préfixes binaires) tombent très souvent : entraînez-vous à passer de Mio à bits en notation scientifique sans erreur de facteur 8. Enfin, mémorisez l'énoncé exact de la loi de Moore (doublement des transistors tous les deux ans environ) et sachez préciser que c'est une tendance, non une garantie physique.