Composants d`un ordinateur
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Système d'information de Gestion Composants des ordinateurs Table des matières CARTE HEURISTIQUE....................................................................................................................2 ARCHITECTURE D'UN ORDINATEUR..........................................................................................3 MODULE DE TRAITEMENT ............................................................................................................................ 3 Processeur................................................................................................................................................................................3 Chipset......................................................................................................................................................................................4 MODULE MODULE DE STOCKAGE............................................................................................................................. 4 DE COMMUNICATION ...................................................................................................................... 4 Communication interne..............................................................................................................................................................5 Communication externe.............................................................................................................................................................5 LES PÉRIPHÉRIQUES....................................................................................................................6 LES PÉRIPHÉRIQUES DE STOCKAGE .............................................................................................................. 6 Les disques magnétiques..........................................................................................................................................................6 Les mémoires Flash..................................................................................................................................................................8 Les disques SSD.......................................................................................................................................................................8 Les disques optiques.................................................................................................................................................................8 PÉRIPHÉRIQUES DE SAISIE .......................................................................................................................... 8 Dispositifs de pointage..............................................................................................................................................................8 Numériseurs..............................................................................................................................................................................9 PÉRIPHÉRIQUES DE SORTIE ......................................................................................................................... 9 Moniteur....................................................................................................................................................................................9 Imprimante.................................................................................................................................................................................9 LES FAMILLES D'ORDINATEURS..............................................................................................10 LES SERVEURS..................................................................................................................................... 10 LES POSTES DE TRAVAIL.......................................................................................................................... 10 PARTICULARITÉS TECHNIQUES DES SERVEURS..............................................................................................10 La technologie RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) ..............................................................................................10 © Jacques Chambon 1/11 11-COURS_SI_Materiel Système d'information de Gestion Composants des ordinateurs Carte heuristique © Jacques Chambon 2/11 11-COURS_SI_Materiel Système d'information de Gestion Composants des ordinateurs Architecture d'un ordinateur Un ordinateur est une machine qui va exécuter un ensemble d'opérations logiques et arithmétiques en suivant un programme créé par un être humain. Toutes les machines actuelles fonctionnent selon un principe établi dans les années 1940 par John Von Neumann. Les programmes stockés dans la mémoire centrale, sont exécutés par un processeur qui communique les résultats et obtient les données à partir de dispositifs d'Entrée / Sortie. ▲ Un ordinateur a trois composants essentiels : un module de traitement, un module de stockage et un module de communication. Ces composants sont réunis sur un Circuit intégré qui est appelé Carte Mère. Module de traitement Elle est composée de deux éléments : le processeur et le chipset Processeur Le processeur est un assemblage de 20 à 25 millions de transistors regroupés en différentes unités : • • • • • ALU (Arthmetic & logic Unit) réalise tous les calculs simples et se charge de la gestion des tests conditionnels. Il s'agit de la partie qui "fait tourner" les programmes. FPU (Floating Point Unit) est destiné aux calculs intensifs sur les nombres réels et complexes. Très utilisé en 3D. AGU (Address Generation Unit) sert à l'adressage des données dans la mémoire. Buffers sont des zones de mémoire tampon où les données en cours de traitement sont logées temporairement. Contrôleur I/O pour gérer les échanges de données avec l'extérieur. La puissance de calcul peut être assimilée au produit de la fréquence et du nombre d'instructions traitées par cycle. Pour rendre un processeur plus performant, il existe donc deux options : augmenter la fréquence ou traiter plus de données par cycle. ▲ C'est le coeur de la machine : sa vitesse d'exécution s'exprime en Giga hertz (milliards d'instructions de base à la seconde) © Jacques Chambon 3/11 11-COURS_SI_Materiel Système d'information de Gestion Composants des ordinateurs Chipset Le chipset est un composant électronique chargé de relier les différents composants d'un ordinateur. Il est composée de deux puces : • • le Northbridge chargé des échanges entre la mémoire, la carte graphique et le processeur. le Southbridge fait le lien entre le Northbridge et les unités de stockage (disques durs, CDROM...), les ports USB et les ports PCI. ▲ Le chipset est un composant important de la carte mère, car il définit les composants qu'elle va supporter. La loi de Moore En 1980, Gordon Moore, un des fondateurs de la société Intel a énoncé une prédiction (la loi de Moore) : « le nombre de transistors présents sur une puce de silicium de même taille doublera tous les 2 ans ». Cette prédiction s'est avérée exacte puisque entre 1971 et 2001, la densité des transistors a doublé chaque 1,96 année. Cette loi pourrait en principe continuer encore jusqu'en 2015 avant qu'on ne bute sur des effets de bruits parasites. ▲ Cette loi se traduit dans les faits par des machines de plus en plus petites et pourtant de plus en plus puissantes. La loi de Moore a un parallèle économique connu sous le nom de « Loi de Rock » qui affirme que « pour continuer le progrès dans l'industrie des microprocesseurs, il faut doubler le volume des investissements tous les 4 ans ». Source : wikipédia Module de Stockage La Mémoire Centrale contient les programmes et les données. Son contenu est volatile. Dénommé également RAM (Random Access Memory), les logiciels peuvent y lire et y écrire des données. Les composants mémoires sont soudés sur des cartes électroniques qui vont par paire. ▲ La capacité de stockage minimale opérationnelle est de 1 Go. Module de communication Les deux unités précédentes ont besoin de communiquer avec des composants appelés Périphériques. Les périphériques peuvent être des éléments Internes comme les disques durs ou externes comme le clavier et l'écran. © Jacques Chambon 4/11 11-COURS_SI_Materiel Système d'information de Gestion Composants des ordinateurs ▲ Les périphériques avec les éléments de carte mère en utilisant un BUS. Communication interne La communication interne permet le stockage ou la lecture de données sur les mémoires de masse. ▲ On appelle « mémoire de masse », les disques durs qui permettent de stocker les données de façon durable. Plusieurs standards de communication (d'interface) cohabitent sur une carte mère : ● Disquette : même si ce périphériques est en voie de disparition on trouve encore ce genre d'interface pour garder une certaine compatibilité avec l'existant. Taux de transfert maxi : 131 Ko/s. ● PATA (Parallel Advanced Technology Attachement) permet de connecter 2 périphériques sur le même connecteur). Taux de transfert maxi : 133 Mo/s ● SATA (Serial Advanced Technology Attachement) permet de connecter 1 périphérique par connecteur. Taux de transfert maxi : 300 Mo/s Dans la configuration proposée, il est possible sur cette carte mère de brancher : ● deux lecteurs de disquettes sur le même connecteur ; ● deux disques durs ou optiques au format PATA sur le même connecteur ; ● quatre disques durs ou optiques au format SATA Communication externe Ports d'extension Ils ont pour but de rendre les machines modulaires en permettant la connexion de cartes d'extension. Les standards évoluent rapidement et reposent sur des liaisons de plus en plus performantes avec le processeur. Les architectures de bus se sont succédées proposant des taux de transfert des données de plus en plus rapides. Les standards actuels sont le PCI et le PCI express avec respectivement des taux de transfert maxi de 1 Go/s et 2 Go/s. ▲ La carte vidéo est montée sur un connecteur PCI express. Ports d'Entrée/Sortie Ils sont visibles sur l'arrière du boitier. ● Le port parallèle est aujourd'hui désuet mais permet de connecter une imprimante. ● Le port Firewire permet la connexion de périphérique Vidéo ● L'interface réseau avec son connecteur RJ45 et maintenant intégré à tiute carte mère. L'USB (« Universal Standard Bus ») mérite une mention particulière. Il devient le standard pour la connexion de périphériques tels que les scanners, les imprimantes, les caméras, le clavier, la souris, les clés de mémorisation (dites « clés USB ») et les disques durs externes. © Jacques Chambon 5/11 11-COURS_SI_Materiel Système d'information de Gestion Composants des ordinateurs Il remplace petit à petit tous les autres systèmes d'Entrées/Sorties et autorise un taux de transfert de 60Mo/s. ▲ Avec l'USB, les périphériques connectés peuvent l’être « à chaud », c’est à dire sans avoir besoin d’arrêter l’ordinateur. L'ensemble des composants précédents réunis dans un seul boîtier prend le nom d'UNITE CENTRALE. Les périphériques Les matériels périphériques constituent les organes d'Entrée / Sortie d'un ordinateur. Ils doivent permettre d'une part d'introduire facilement les données, de stocker de gros volumes qui doivent être conservés sous forme d'archive pendant un laps de temps relativement long et enfin restituer les données sous forme électronique ou papier. Ecran Introduction des données Traitement des Données Impression Stokage des Données Le schéma général ci-dessus permet de mettre en évidence trois familles de périphériques : • les périphériques d'entrée • les périphériques de stockage • les périphériques de Sortie Les périphériques de stockage Les données manipulées en mémoire centrale sont volatiles et limitées par la taille de la RAM. Pour conserver les informations de façon permanente et en nombre, il est nécessaire de disposer de dispositif de stockage dit « de masse ». Les qualités recherchées pour ces dispositifs sont : • volume de stockage important à coût faible ; • Vitesse de transfert rapide ; • support adressable : temps de restitution des données rapide ; • support réinscriptible : réécriture possible ; • durée de conservation importante ; • support infalsifiable pour permettre d'établir la preuve ; • stockage déporté : éloignement possible du dispositif par rapport à l'ordinateur pour assurer un minimum de sécurité. Les disques magnétiques Le boîtier de disque contient des dispositifs électroniques et mécaniques. La fiabilité de l’ensemble est limitée dans le temps. Elle est donnée par le constructeur sous le nom de MTBF (mean time between failure) qui représente le temps moyen entre pannes. Cette valeur, exprimée en heures oscille entre 15000 heures en moyenne pour un bas de gamme et 40000 heures en moyenne pour haut de gamme, soit entre 1 et 5 ans pour une utilisation constante. Les têtes de lecture-écriture flottent à un distance de 0,2 micromètre de la surface magnétique, ce qui nécessite un filtrage de l’air ambiant pour éviter les « crash » de têtes. Cet accident rare arrive © Jacques Chambon 6/11 11-COURS_SI_Materiel Système d'information de Gestion Composants des ordinateurs quelquefois et doit vous inviter à sauvegarder régulièrement les données des disques sur d’autres types de supports. Pour accéder à l'information il faut que le système d'exploitation envoie son adresse au contrôleur de disque. Cette adresse se décompose en trois parties auxquelles correspondent trois temps d'accès. • n° de la tête temps de commutation • n° de piste temps de positionnement • n° de secteur temps de latence Les performances d'un disque dur se caractérisent par : • un temps d'accès qui mesure le temps moyen requis pour que le disque positionne ses têtes sur les plateaux avant de répondre à une requête en lecture ou en écriture ; • un taux de transfert qui mesure le temps mis pour envoyer les données lorsque les têtes les a atteintes ; • la vitesse de rotation donnée en nombre de tours par minute. Elle est comprise entre 5400 et 15 000 tours / minute. • la taille de cache embarqué qu'il possède. La capacité d'un disque s'exprime en Go (Giga octets). Il faut distinguer : • la CAPACITE BRUTE dite NON FORMATEE qui correspond au maximum théorique d'information pouvant être enregistrée sur le support, • la CAPACITE FORMATEE qui est la quantité de mémoire opérationnelle réellement disponible pour l'utilisateur. La capacité formatée est de l'ordre de 80% de la capacité Brute. L'interface disponible sous Windows dans Gestion de l'ordinateur, donne des capacités de stockage formatée Utilité du disque dur Le disque dur contient : • le programme de lancement du système d'exploitation (Boot) ; • le système d'exploitation ; • les programmes bureautiques et orientés métier ; • les données de l'utilisateur. Quand le système d'exploitation ne dispose plus de mémoire vive pour traiter des données, il utilise le disque dur comme stockage temporaire (on parle alors de mémoire Virtuelle). Ce dispositif étant lent par rapport à la RAM, les réactions de la machine sont donc ralenties très fortement. © Jacques Chambon 7/11 11-COURS_SI_Materiel Système d'information de Gestion Composants des ordinateurs Les mémoires Flash Une mémoire flash est une mémoire de masse à semi-conducteurs ré-inscriptible. Ce type de mémoire possède les caractéristiques d'une mémoire vive mais les données sont conservées en mémoire lorsque l'alimentation électrique est coupée. Cet type de mémoire est utilisé aujourd'hui avec les appareils photo numériques, les téléphones cellulaires, les assistants personnels (PDA), les baladeurs numériques ou les clés USB. Avantages • vitesse élevée ; • faible consommation (nulle au repos) ; • grande résistance aux chocs puisqu'elle ne possède pas d'éléments mécaniques. Les disques SSD Un disque Solid-State Drive, est un matériel informatique permettant le stockage de données, sur un support constitué de mémoire flash. Avantages par rapport au disque dur • Pas d’usure mécanique ; • Meilleure résistance aux chocs puisqu’aucune partie mobile n’est présente ; • Silence de fonctionnement ; • Temps d’accès compris entre 50 et 100 µs ; • Débit qui peut dépasser les 350 Mo/s en lecture et les 215 Mo/s en écriture ; • Faible consommation électrique ; Défauts inhérents à la mémoire flash • Durée de vie de 5 ans en moyenne ; • Prix élevé. Les disques optiques Ils sont principalement destinés à l'archivage des données. Le DVD peut stocker jusqu'à 8,5 Go de données, alors que son successeur le BLU-RAY peut en stocker jusqu'à 50. Périphériques de saisie Clavier Les premiers claviers n'avaient que 83 touches En 1986, IBM introduit le clavier MF-II à 102 touches (les touches de fonctions y sont déplacées vers le haut et des touches supplémentaires sont ajoutées (flèches de direction et AltGr - qui permet d'obtenir directement les symboles @, \, [, ],...-). Dispositifs de pointage La souris a été inventée en 1963 par Douglas Engelbart au Standard Research Institue (MIT). Le premier prototype est en bois et comporte des disques métalliques en guise de galets détecteurs des déplacements de la souris. Au début des années 1970, Xérox fait progresser le concept de souris dans son centre de recherche de Palo Alto sous la direction de Jack S. Hawley : la souris devient numérique. © Jacques Chambon 8/11 11-COURS_SI_Materiel Système d'information de Gestion Composants des ordinateurs La souris est un périphérique de saisie qui facilite les déplacements du pointeur sur l'écran. Elle se présente sous la forme d'un petit boîtier plus ou moins ergonomique, surmonté de plusieurs boutons.. Appuyer sur un bouton pour figer le curseur ou choisir une sélection, s'appelle CLIQUER. Traditionnellement, la transmission des déplacements entre le boîtier souris et l'ordinateur était effectué par un fil. La tendance actuelle est à la suppression de ce fil. Sur les ordinateurs portables les dispositifs de pointage se substituent à la souris. Numériseurs Le scanner est un périphérique d'entrée de données permettant la "photographie" d'un document et l'exploitation logicielle de l'image ensuite (avec un logiciel spécialisé, qui autorisera les modifications de l'image). Il faut compter en moyenne 16 à 20 secondes pour numériser un document au format A4 avec une résolution de 300 dpi. Jusqu'à présent, les scanners étaient limités à la saisie d'images ou de schémas, intégrés ensuite dans une publication. De nouvelles fonctions se développent pour ces matériels, comme l'OCR (reconnaissance de l'écriture), la vectorisation de dessins (transformer un dessin en une liste de figures géométriques, ce qui permet ensuite de pouvoir modifier chacune des éléments du dessin, et augmenter ou diminuer la taille de l'image sans perte de qualité), l'archivage intelligent de documents,... Résolution optique La résolution optique s’exprime en ppp (Points Par Pouce) ou en anglais dpi (Dots Per Inch). La résolution minimale devra être d’au moins 1200 x 600 ppp La résolution interpolée permet d’augmenter de façon logicielle la résolution optique par un calcul de pixels supplémentaires à partir des vrais points placés autour. Pour un usage courant comme la numérisation de photos, l’interpolation s’avère inutile dans le cas ou la finalité sera de les imprimer, l’imprimante se contentant dans ce cas d’une résolution d’impression de 600ppp. Périphériques de sortie Moniteur Plus connu sous le nom « écran », sa qualité apporte un réel plus dans le travail quotidien sur ordinateur. Les « Ecrans à cristaux liquides » ou "LCD"(Liquid Crystal Display) offrent un encombrement et un poids réduit La taille de l'écran (en pouces) correspondant véritablement à la taille de l'image visible • Le pitch.: La taille du point correspond à la finesse de l’écran. Plus cette taille est faible, plus l’écran est "précis". • Le taux de rafraîchissement. : cette fréquence correspond au nombre de fois que les transistors sont rafraîchis. En général, il est de 60Hz ou 75Hz, ce qui permet d'afficher réellement 60 ou 75 images par seconde. • Les angles de vision : Au delà d'un certain angle, l'image d'un TFT perd son rendu et s'inverse. Les angles typiques pour un TFT de bureau sont de 180° dans le plans horizontaux et verticaux. Pour un portable, on considère généralement 100° dans le plan horizontal et 80° dans le plan vertical. • La luminosité.: la luminosité influe sur la consommation électrique. • Le contraste. :. plus le contraste est élevé, meilleur est le rendu des couleurs. • Le temps de réaction. Plus le temps est rapide moins il y aura de rémanence (effet fantôme sur les objets en mouvement rapide). Imprimante Destinée à restituer sur du papier les informations enregistrées dans l’ordinateur, elles utilisent la technologie à jet d'encre ou à laser. © Jacques Chambon 9/11 11-COURS_SI_Materiel Système d'information de Gestion Composants des ordinateurs Les Familles d'ordinateurs Les Serveurs Les serveurs sont des ordinateurs dont la fonction principale est d'héberger les Bases de Données et les applications de l'entreprise. Ils se doivent de rendre disponible cette masse d'informations au plus grand nombre avec des temps de réponse le plus court possible. ▲ Un serveur est une machine très robuste, utilisant des technologies plus performantes que celles des postes de travail. Plusieurs utilisateurs accèdent à ses ressources à un instant t. Ils se décomposent en trois sous familles : 1. Les mainframes sont utilisés dans les très grandes entreprises (banques, compagnies d'assurances, compagnies aériennes, sociétés de services). Leur fiabilité et leur puissance, leur permettent de répondre aux besoins de centaines voire de milliers d'utilisateurs. Ils sont les témoins du passé, lorsque l'informatique n'existait que de façon centralisée. 2. Les ordinateurs Départementaux se sont imposés dans les applications de gestion des PME pour lesquelles ils constituent le coeur de leur système d'information. Le matériel le plus utilisé est l'AS400 d'IBM qui s 'appelle désormais « System i ». 3. Les Piles de serveurs micro. Plusieurs machines physiquement indépendantes sont réunies dans la même armoire pour bénéficier de la mutualisation des ressources périphériques. Un seul et un seul écran permettent de gérer plusieurs unités centrales par l'intermédiaire d'un boîtier dit « KVM ». Les postes de travail Un poste de travail est utilisé par un seul individu. Il possède des ressources de stockage relativement limitées, mais une interface utilisateur graphique, facile d'usage, basée sur un clavier, un écran, une souris et quelque fois une carte d'acquisition vocale. Ils se décomposent en deux sous familles : 1. Les stations graphiques sont spécialisées dans le traitement des images 3D. Utilisées dans un environnement industriel, elles permettent de travailler avec des logiciels de Conception Assistée par Ordinateur. Elles sont autonomes et peuvent se passer de l'infrastructure lourde d'un ordinateur central. 2. Les postes bureautiques équipés d'une suite logicielle bureautique (traitement de textes, tableur, requêteur et outil de présentation) permettent d'accéder aux informations centralisées sur les serveurs d'entreprise via les réseaux, et de traiter localement de l'information. Particularités techniques des Serveurs Un serveur doit pouvoir délivrer de l'information sans s'arrêter. Un ordinateur est une machine composée d'éléments électroniques et mécaniques. Or chaque type d'éléments a ses vulnérabilités. ● Les composants électroniques dégagent de la chaleur et doivent être maintenues à une température constante par des dispositifs souvent mécaniques. ● Les composants mécaniques souffrent d'usure et ont une durée de vie exprimée en nombre d'heures entre deux pannes (MTBF). Pour assurer une bonne tolérance aux pannes on double les dispositifs sensibles sur les serveurs. ▲ La sécurité matérielle est assurée par des systèmes à REDONDANCE. Sur les serveurs, il est courant de doubler , l'alimentation, les cartes réseaux, les contrôleurs de disques, le volume disque ainsi que le processeur. Mais les composants les plus exposés aux pannes sont les disques durs. Pour se protéger d'une panne disque la technologie RAID a été développée. La technologie RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) Cette technologie permet de constituer une unité de stockage à partir de plusieurs disques durs. Elle se décline en 7 niveaux numérotés de 0 à 6. Mais seuls les niveaux 1 et 5 sont utilisés couramment. © Jacques Chambon 10/11 11-COURS_SI_Materiel Système d'information de Gestion Composants des ordinateurs RAID 1 Le système utilise deux disques. Tout est écrit en double. Le contenu des deux disques est identique. Si l'un défaille, le système continue à travailler sur le disque encore valide. ▲ Cette technique est plus connu sous le nom de MIRROIR (mirroring) est très sécuritaire mais coûte cher puisque seule la moitié de la capacité disque est utilisée. RAID 5 Le système utilise au moins trois disques. Mais contrairement au disque précédent, les données ne sont pas écrites plusieurs fois, mais réparties sur les trois disques. L'écriture se fait par bloc (quelques milliers de caractères) Disque 1 Disque 2 Disque 3 Bloc1 Bloc 2 Parité 1&2 Parité 3&4 Bloc 3 Bloc 4 Bloc 5 Parité 5&6 Bloc 6 La parité consiste à effectuer un calcul mathématique qui, en cas de disparition d'un bloc, permet d'en reconstituer le contenu, à partir des informations disponibles. Si par exemple, le disque 2 tombe en panne, les système continuera à fonctionner en reconstituant le Bloc2 à partir du lien mathématique entre le Bloc1 et les informations de parités 1&2, le Bloc 3 à partir des informations du bloc de parité 3&4 et du Bloc4, etc... ▲ La technique d'écriture ou de lecture se fait par « bande ». L'espace de stockage est bien mieux utilisé que dans le RAID1. © Jacques Chambon 11/11 11-COURS_SI_Materiel
