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Séquence 15 — Architecture & System on Chip (SoC)§

Source : https://lyotardjulien.forge.apps.education.fr/terminale-specialite-nsi-au-lycee-notre-dame/50_sequence_50/50_sequence_50/

Périmètre officiel BO Terminale — fiche très allégée

Le BO Terminale dit littéralement et uniquement :

« Identifier les principaux composants sur un schéma de circuit et les avantages de leur intégration en termes de vitesse et de consommation. »

C'est tout. 0 sujet sur 84 en 2024-2025 ne traite ce thème. Cette fiche est volontairement réduite à l'essentiel : ce qu'est un SoC, le schéma à savoir reconnaître, et les avantages.

Hors programme NSI Terminale : architecture de Harvard, ALU/registres détaillés, pipeline, hiérarchie cache L1/L2/L3, bus de données/adresses, GPU, GPIO en détail, systèmes embarqués/IoT en détail.

TL;DR§

  • Un SoC (System on Chip) intègre CPU, mémoire, contrôleurs et périphériques sur une seule puce (au lieu de plusieurs composants distincts sur une carte mère).
  • Avantages de l'intégration : plus compact, plus rapide (les communications internes à la puce sont plus courtes que sur un bus de carte mère) et moins gourmand en énergie.
  • L'architecture de von Neumann (1945) est la base : CPU + mémoire unique (instructions et données) reliés par des bus.
  • Exemples concrets de SoC : Raspberry Pi (Broadcom), smartphones (Apple A-series, Snapdragon).

Plan de la séquence§

  1. Architecture de von Neumann (rappel court).
  2. Notion de SoC.
  3. Avantages de l'intégration : vitesse et consommation.

Notions clés§

Architecture de von Neumann (en bref)§

Architecture (1945) où :

  • CPU, mémoire et périphériques d'entrée/sortie sont reliés par des bus.
  • Une mémoire unique stocke à la fois instructions et données.

C'est l'architecture standard de la quasi-totalité des ordinateurs modernes.

SoC (System on Chip)§

Un SoC est un circuit intégré qui regroupe sur une seule puce ce qui était auparavant réparti sur une carte mère :

  • CPU (souvent multi-cœurs),
  • mémoire (parfois),
  • contrôleurs (USB, réseau, audio, caméra…),
  • éventuellement GPU, modem, etc.

Avantages (les 3 à savoir citer) :

  1. Compact : tient dans un smartphone, une montre, une tablette.
  2. Plus rapide : les communications internes à la puce sont plus courtes que sur des bus externes → moins de latence.
  3. Moins gourmand en énergie : la consommation diminue, ce qui prolonge l'autonomie sur batterie.

Vocabulaire§

Terme Définition
CPU Processeur central
RAM Mémoire vive volatile (perdue à l'extinction)
ROM Mémoire morte (non volatile)
Bus Ensemble de fils transportant données / adresses / signaux de contrôle
SoC System on Chip — circuit intégré regroupant plusieurs fonctions
von Neumann Architecture à mémoire unique partagée instructions/données
Périphériques Dispositifs d'entrée/sortie (clavier, écran, USB, réseau)

Schéma d'un ordinateur (von Neumann simplifié)§

flowchart LR
    CPU[CPU] --> MEM[Memoire RAM\ninstructions + donnees]
    MEM --> CPU
    CPU <--> IO[Peripheriques\nUSB Reseau]

Schéma d'un SoC (composants intégrés sur une seule puce)§

flowchart TB
    subgraph SoC["SoC (une seule puce)"]
        CPU2[CPU multi-coeurs]
        GPU[GPU]
        MEM2[Controleur memoire]
        USB[Controleur USB]
        NET[Controleur reseau]
    end
    SoC --> RAM[(RAM externe)]
    SoC --> Periph[(Peripheriques)]

Pièges classiques au bac§

  • Confondre RAM (volatile) et ROM/Flash (non volatile).
  • Confondre architecture matérielle et système d'exploitation. Le SoC c'est le matériel ; l'OS c'est le logiciel qui tourne dessus.
  • Oublier que la RAM est volatile → toutes les données sont perdues à l'extinction.

Questions types au bac§

Q1. Qu'est-ce qu'un SoC ?

Un circuit intégré qui regroupe sur une seule puce plusieurs composants (CPU, mémoire, contrôleurs, parfois GPU et modem) qui étaient auparavant répartis sur une carte mère.

Q2. Citer deux avantages de l'intégration des composants en un SoC.

Compacité (tient dans un smartphone), gain de vitesse (communications internes plus courtes), réduction de la consommation énergétique (autonomie prolongée).

Q3. Décrire en deux phrases l'architecture de von Neumann.

CPU, mémoire et périphériques sont reliés par des bus. La mémoire unique contient à la fois les instructions et les données du programme.

Q4. Donner deux exemples d'appareils contenant un SoC.

Smartphone, Raspberry Pi, tablette, montre connectée.

Liens§