Informatique Chapitre 2 : ELEMENTS D'ARCHITECTURE DES ORDINATEURS Objectifs du chapitre - Découvrir les éléments constitutifs d’une "machine numérique" - Comprendre leur organisation fonctionnelle - Avoir une idée de l’architecture des microprocesseurs - Découvrir les critères d’évolution Le processeur AMD de la PS4 : 2 x 4 cœurs à 2 et 1,5 GHz + processeur graphique intégré. I/ GENERALITES ET PETIT HISTORIQUE 1/ Définitions Ordinateur : Grosse calculatrice électronique, dotée de mémoires de grande capacité, de moyens de traitement des informations à grande vitesse, capable de résoudre des problèmes arithmétiques et logiques complexes grâce à l'exploitation automatique de programmes enregistrés (Robert). Un ordinateur est concrètement un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous forme binaire, c'est-à-dire sous forme de bits (BInary digiT) : 0 ou 1. L'informatique : Science du traitement automatique et rationnel de l'information, considérée comme le support des connaissances et des communications. C'est aussi l'ensemble des applications de cette science, mettant en œuvre des matériels et des logiciels. • Informatique théorique : langages … • Informatique méthodologique : analyse, programmation … • Informatique technologique : composants, mémoires … • Informatique système : architecture, réseaux … 2/ Petit historique 1945 : 1er ordinateur entièrement électronique : l’ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) commandé en 1942 par l’armée américaine afin d’effectuer les calculs de balistique. Il comprend 17000 tubes (ancêtre du transistor), pèse 30 tonnes et consomme 160 kW ! Il tourne à 100 kHz et peut effectuer 100 000 additions ou 357 multiplications par seconde. 1948 : Les premières machines à architecture de Von Neumann apparaissent : les composants sont organisés en 5 groupes principaux : unité arithmétique et logique et unité de contrôle (processeur), entrées, sorties, mémoires. Les programmes sont stockés dans la même mémoire que les données et peuvent ainsi être manipulés comme des données. L’architecture des ordinateurs actuels dérive de celle-là ! CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville -1- 1947/1948 : Invention du transistor : il devient beaucoup plus facile et moins coûteux de réaliser des opérations sur des 0 et des 1, physiquement réalisés par des interrupteurs (courant passe / courant ne passe pas). Le transistor est cet interrupteur. 1956 : IBM sort le premier système à base de disque dur, le Ramac 305. L'IBM 350 utilisait 50 disques de 24 pouces en métal, avec 100 pistes par face. Il pouvait enregistrer cinq mégaoctets de données et coûtait 10000 $ par mégaoctet ! 1958 : Invention du 1er circuit intégré. L’un de leurs premiers usages était dans les systèmes embarqués, notamment par la NASA dans l’ordinateur de guidage d’Apollo. Le circuit intégré autorise le développement d’ordinateurs plus compacts. On les appela les mini-ordinateurs. 1971 : Intel sort le premier microprocesseur commercial, le 4004, qui contient plusieurs milliers de transistors. Un microprocesseur regroupe la plupart des composants de calcul (horloge et mémoire mises à part pour des raisons techniques) sur un seul circuit. Le 4004 réalisait 60 000 opérations par seconde (fréquence : 108 KHz). Fin des années 1970 : Le processeur Intel 8080 amène la première vague d’ordinateurs personnels (PC). Le système MS-DOS de Microsoft voit le jour (en Basic). En 1976, Steve Wozniak conçoit l’Apple I, doté d’un processeur à 1 MHz. Il vend avec Steve Jobs environ 200 machines à 666 $ l’unité. Il est doté d’un microprocesseur et d’un clavier, mais il n'a pas d'écran ! Années 1990 : Cette décennie fut marquée par le développement de l'Internet et l'apparition de la Toile (Web : ensemble de pages en HTML mélangeant du texte, des liens, des images, adressables via une URL et accessibles via le protocole HTTP). C’est la convergence de l'informatique et des télécommunications. Depuis 2006 : Saut technologique dans l'évolution des PC : INTEL sort une gamme de processeurs multicœurs Core, Core 2, Core i3, i5 et i7 sur des architectures Nehalem, Sandy Bridge puis Haswell et Broadwell 64 bits. L'architecture est adaptée selon l'utilisation sur PC de bureau ou appareil portable. Les fréquences vont jusqu'à 3,5 GHz ! Actuellement : avènement du tactile, appareils multifonctions (smartphones). Futur : à vous d'imaginer… CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville -2- II/ STRUCTURE MATERIELLE ET DIFFERENTES FONCTIONS TECHNIQUES REALISEES 1/ Prenons un exemple de PC, vu de l'extérieur Face avant Face arrière 2/ Les ports (ou interfaces) de communication externes Une machine numérique capable d’effectuer des millions de calculs à chaque seconde est sans intérêt si elle garde ses résultats pour elle. Les périphériques (cf. V) permettent au système de communiquer avec l’homme ou avec d'autres systèmes, ou encore de stocker des informations. Cette fonction de communication est assurée par des "ports". Port Série RS232 Connecteur de type D-SUB, ici DB9. Principe de la transmission série : Les n bits de la donnée à communiquer sont envoyés les uns après les autres (en série) sur un seul fil de liaison. Historiquement, le port série est le premier port de communication utilisant une transmission série (norme RS232). Son débit est au maximum de 19,2 kbps ou kb/s (kilo-bits par seconde). Il a été très longtemps utilisé pour sa simplicité de configuration et de pilotage. C'est d'ailleurs le protocole de communication mis en œuvre pour un grand nombre de système du laboratoire : MAXPID, cordeuse, DAE, etc. Ce connecteur est cependant en voie de disparition, remplacé depuis quelques années par l'USB. Port USB USB (Universal Serial Bus) est un protocole de communication série universel apparu en 1996 (USB 1.0). Il a révolutionné les connectiques PC-périphériques en instaurant un environnement "tout USB", uniformisant enfin les modes de communication avec l'ordinateur... Ses principaux concurrents sont désormais les protocoles sans fil Bluetooth et WiFi. CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville -3- Evolution : Version USB 1.0 USB 1.1 USB 2.0 USB 3.1 Débit 1,5 Mb/s 12 Mb/s 480 Mb/s 10 Gb/s Il permet le chaînage de 127 périphériques reliés en bus ou en étoile, le "hot pluggin" (connexion à chaud et reconnaissance automatique) et assure l'alimentation électrique (15 W max. par périphérique). Port Parallèle Connecteur de type D-SUB, ici DB25. Principe de la transmission parallèle : Les n bits de la donnée à communiquer sont simultanément présents sur le câble de transmission. Le port parallèle est en voie d'extinction, comme le port série RS232. Il était autrefois le plus souvent utilisé pour la communication PC-imprimante car il était le plus rapide (16 Mb/s). Port PS/2 PS/2 (Personal System/2) permet la connexion du clavier et/ou de la souris ; il est également supplanté par le standard USB depuis quelques années mais également de plus en plus par le Bluetooth. Port VGA VGA (Video Graphics Array) est un port de type analogique destiné à la communication avec un écran ou un vidéoprojecteur. Port DVI DVI (Digital Visual Interface) est de type numérique non HD ; il apporte donc une amélioration en termes de réduction du bruit par rapport au port VGA analogique. Port HDMI HDMI (High Definition Multimedia Interface) est de type numérique et permet la transmission de signaux au format HD. Il existe différents niveaux de norme HDMI. Port Réseau RJ45 RJ45 (Registered Jack) permet la connexion filaire à un réseau local (LAN : Local Area Network) selon le protocole Ethernet. Différents protocoles existent, spécifiant différents débits : Protocole Gigabits 10G Base-X 100G Base-X Débit 10 Gb/s 100 Gb/s 1 Gb/s 3/ On ouvre l'unité centrale d'un ordinateur : les éléments internes Il est intéressant de modéliser un ordinateur par analogie avec l’homme : On va donc logiquement trouver à l'intérieur d'une unité centrale : - un ou plusieurs processeurs : fonction traitement des données ; - de la mémoire : fonction mémorisation des données et programmes ; - des ports ou interfaces (communication avec l'extérieur) mais aussi des bus (communications internes) : fonctions acquisition des entrées, affectation des sorties, dialogue et communication. CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville -4- Toutes les machines numériques à processeur (y compris une tablette tactile ou un smartphone) sont basées sur cette architecture fonctionnelle : L'intérieur de la tablette SONY S Sur le PC pris en exemple tout à l'heure : CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville -5- La carte-mère La carte mère (MB : Mother Board) est l'élément central de l'architecture d'un PC. Elle accueille : le processeur la mémoire vive (RAM) l'horloge interne la mémoire morte (ROM) du BIOS / UEFI la mémoire vive CMOS un chipset une carte graphique et une carte son intégrées un ensemble de contrôleurs d'entrées/sorties aux rôles divers (communications avec le disque dur, les ports de communication externes du type USB, RJ45, etc.) Processeur des cartes d'extensions. + Cache Au cœur du système PC, la carte mère doit assurer la communication entre les divers constituants de la machine. Voici l'architecture standard : Cartes Le chipset d'extension Comme le présente le schéma ci-contre, le centre névralgique de la carte mère est constitué du chipset. Celui-ci est constitué de deux entités : le North Bridge et le South Bridge. Cet ensemble de composants, Disque dur intégrés ou non et étroitement lié au Lecteur DVD processeur, gère les échanges entre les différentes parties de la machine. De sa structure et de son adéquation avec le processeur dépendent les performances du système. Chipset Bus processeur Bus Mémoire Bus PCI-E North Bridge Mémoire South Bridge EPROM BIOS Bus SATA USB RJ45 Audio Les bus En informatique, le terme bus désigne un ensemble de fils support de PS/2 l'information et organe de communication entre différents composants. Il existe FireWire deux grands types de bus, selon le type de transmission déjà vu pour les ports : - le bus série : 1 seul fil de données, plus quelques fils de masse, horloge, contrôle ; - le bus parallèle : n fils de données, avec l'avantage de la vitesse. Bus Processeur de la famille ARM Dans les microprocesseurs, les différents constituants communiquent entre eux par des bus parallèles. Sur la carte mère, on va retrouver différents bus parallèles que l'on peut même parfois distinguer. On distingue 2 rôles fondamentalement différents : - le bus d'adresses : il permet d’établir la liaison entre deux composants (ou deux registres d’un composant). Chaque composant réagit en effet dans un domaine d’adresses précis (de même que lorsque l’on vous téléphone, c’est votre appareil qui sonne et non pas celui de votre voisin !). Quand le bus transporte une adresse, elle précise donc la source ou la destination des données qui transiteront ensuite sur le bus de données. - le bus de données : Il permet de transporter les données échangées entre deux composants. Un processeur 64 bits travaille sur des données de 64 bits. Quelques exemples : - Bus parallèle IDE Carte Mère / Périphériques (HDD, DVDROM) : en voie de disparition ; - Bus SATA ou S-ATA (Serial ATA) conçu afin de pallier aux problèmes de diaphonie constatés à haute fréquence sur le bus IDE. La norme 3 permet des débits de 6 Gb/s ! CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville -6- IDE SATA III/ FONCTION TRAITEMENT DES DONNEES : LE MICROPROCESSEUR (ou UNITE CENTRALE) Le microprocesseur (CPU = Central Processing Unit) est un circuit complexe abritant plusieurs centaines de millions de transistors dans un espace de quelques cm2 (record actuel : 2270 millions sur un Intel Core i7/Xeon !). Il exécute les opérations qui permettent de calculer des données de sortie à partir de données d’entrée, selon une séquence d'instructions, qui est le programme. 1/ Quelques processeurs AMD Phenom II AMD Athlon II Intel Pentium G6950 dual core Intel Core i7/Xeon 2/ Fréquence et limite des performances La puissance de ce circuit intégré dépend notamment de la fréquence à laquelle il travaille, exprimée en GHz (actuellement : autour de 3 GHz). Cette fréquence est celle d’une horloge (signal rectangulaire) dont chaque front déclenche une phase de fonctionnement du processeur (cycle). Ainsi, 3 GHz 3 milliards de cycles / s ! Les instructions seront donc d’autant plus rapidement exécutées que : - la fréquence du processeur est élevée ; - le nombre d’instructions par cycle est élevé ; - le processeur comporte plusieurs "cœurs" (core). Rq : Attention, on parle aussi de "fréquence externe", ou "fréquence de bus", pour désigner la vitesse de communication du processeur avec les autres composants du système. Chaque transistor chauffant lorsqu’il commute (passage de 0 à 1 ou de 1 à 0), il faut un système de refroidissement efficace du processeur … 3/ Organisation (simplifiée !) d’un microprocesseur 3 parties sont présentes à la base : L’Unité Arithmétique et Logique (ALU) Elle effectue les opérations logiques (OU, ET, NON, …) et arithmétiques (+, –, , /) demandées par le programme ; une opération a lieu entre 2 opérandes (données d’entrée placées dans des registres A et B appelés "accumulateurs") et le résultat est placé dans A. Rq : Un registre est une petite unité de mémoire capable de contenir une donnée. Par exemple, un registre 16 bits : 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville Accu. A 1 1 1 -7- Accu. B L’Unité de contrôle Elle gère l’enchaînement des opérations pour l’exécution du programme (le registre d’instructions mémorise l’instruction à exécuter, le décodeur la reconnaît, le contrôleur de séquence pilote les fonctions du processeur nécessaires à l’exécution de cette instruction). Les actions effectuées par l'unité de contrôle (PC = Program Counter : registre qui contient les adresses des instructions du programme) Les registres internes (dont la mémoire "cache") Ils permettent de stocker temporairement des données, instructions ou adresses sur lesquelles le processeur va travailler. La majorité des instructions utilise ces registres, qui ont l’avantage d’être manipulés à grande vitesse puisqu’ils sont dans le processeur (pas besoin d’accéder à la mémoire temps gagné). Les architectures multicœurs Une architecture Intel Core i7 Nehalem : Aux éléments précédents ont été rajoutés tous les moyens de faire travailler les cœurs de manière parallèle. En particulier, une mémoire cache L3 directement intégrée au processeur complète les mémoires cache de niveau L1 et L2, présentes indépendamment pour chaque cœur. Les vitesses d'accès à ces zones sont décroissantes : L1 > L2 > L3. 4/ Les opérations sur les mots binaires Un grand nombre d’instructions se traduisent concrètement par des opérations sur les mots binaires contenus dans des registres : Décalages : décalage à gauche = décalage à droite = Ex : Décalage à gauche : 0 0 1 1 0 1 1 1 = …… 0 1 1 0 1 1 1 0 = …… ; Addition et soustraction de mots binaires Les règles de l’arithmétique sont les mêmes que pour les nombres décimaux : 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1 + 1 = 10 La soustraction s’obtient par l’addition d’un nombre représenté en "complément à 2" (codage des nombres négatifs). Ex : 1100 + 1101 12 +13 25 Comparaison de 2 mots binaires Il s’agit de déterminer si 2 nombres sont égaux, ou de dire le plus grand et le plus petit des deux. La comparaison s’effectue par soustraction, ou bien bit à bit en commençant par les 2 bits de poids le plus fort ("Most Significant Bit" : MSB) et en allant vers les bits de poids plus faible. L’examen s’arrête dès que l’un des bits de même poids est à 1 ( nombre le plus grand) alors que l’autre est à 0 ( nombre le plus petit). Ex : 10111001 > 10101111 car le bit de poids 24 est à 1 pour le premier nombre, à 0 pour le second. CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville -8- IV/ FONCTION MEMORISATION DES DONNEES ET PROGRAMMES : LES MEMOIRES MORTES ET VIVES 1/ Constitution générale Une mémoire est un circuit formé d’un ensemble ordonné de registres. Elle permet donc de stocker des "mots" de 4, 8 (octet), 16, 32 ou 64 bits. La taille de la mémoire est définie par la taille de ses registres (on parlera par exemple de "mémoire 32 bits"). Un processeur travaille avec des millions de registres ; pour sélectionner un registre parmi ces millions, une adresse est affectée à chacun d’eux. Cette adresse est véhiculée par le bus d’adresses. 2/ Principe de lecture / écriture en mémoire sur un exemple simple – Dans ce système, on dispose de 4 lignes d’adresses pour cette mémoire (A3 A2 A1 A0). On peut donc avoir 24 = 16 adresses 16 registres. – 8 broches sont connectées au bus de données (b0 à b7). Chaque case mémoire stocke 1 octet. C’est donc une mémoire 8 bits de capacité 16 octets. – 2 broches importantes se connectent à un "bus de contrôle" : • CS (Chip Select) permet la sélection du circuit : il est connecté au bus de données si CS = "1", déconnecté si CS = "0" ; • R/W permet la lecture ou l’écriture de données : "Read" = transfert d’un mot de la mémoire vers le bus de données ; "Write" = transfert d’un mot du bus de données dans la mémoire. Pour écrire une donnée (octet) en mémoire Le processeur exécute les opérations suivantes : — il sélectionne l’adresse choisie en plaçant sur le bus d’adresses la valeur de cette adresse en binaire. Le décodeur d’adresses (ci-dessus "décodeur 4 parmi 16") ouvre alors le registre sélectionné ; — le processeur place la donnée à mémoriser sur le bus de données ; — il valide l’entrée R/W en position "écriture" grâce au bus de contrôle. La donnée va alors s’écrire dans la mémoire à l’adresse sélectionnée. Pour la lecture, le signal émis sur le bus de contrôle devra valider l’entrée R/W en position "lecture". 3/ Les mémoires mortes ou ROM (Read Only Memory) Elles contiennent les informations qui doivent être conservées lorsque l’alimentation est coupée. On dit que cette mémoire est "non-volatile". Le terme "ROM" prête à confusion car il désigne à la fois tous les types de mémoires non volatiles et un de ces types, le type de mémoire qui ne peut être ni programmé ni effacé par l’utilisateur. CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville -9- Les mémoires mortes en lecture seule sont par exemple utilisées pour stocker, sur la carte-mère, les informations nécessaires au démarrage d’un ordinateur : le Firmware (avec le programme BIOS ou UEFI) ; il n’y a donc pas de risque d’effacement accidentel. Attention, certains paramètres de ce programme peuvent être modifiés ; ils sont stockés dans une zone de mémoire vive, appelée CMOS, et alimentée par une pile. Actuellement, on utilise le plus souvent des EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), effaçables électriquement sans déconnexion). Les mémoires flash sont des EEPROM. Elles sont par exemple contenues dans les clés USB. On classe aussi dans cette famille les DVD, Bluray, disques durs SSD ou mécaniques. Le temps d'accès à une information contenue en ROM est de l'ordre de quelques dizaines de ns. 4/ La mémoire vive ou RAM (Random Access Memory = mémoire à accès aléatoire ou direct) C’est une mémoire qui perd son contenu en cas de coupure d’alimentation. On dit que cette mémoire est "volatile". Elle contient les données temporaires : calculs intermédiaires, données provenant des périphériques d’entrée ou destinées aux périphériques de sortie. Elle est donc d’une capacité plus réduite que les ROM (actuellement : 4 ou 8 Go contre 500 Go pour des ROM de type disque dur). Une caractéristique essentielle de cette mémoire est sa rapidité d'accès : quelques ns ; cette rapidité est nécessaire pour fournir rapidement les données au processeur. Pour faire simple, 2 types de RAM coexistent : Génération DDR3 de DRAM synchrone – la mémoire vive dynamique DRAM, qui stocke l’information dans la capacité (= condensateur) parasite d’un transistor à effet de champ (MOSFET). La capacité se déchargeant en quelques millisecondes, il faut relire régulièrement chaque cellule puis y réécrire l'information stockée ! Cette opération s’appelle le "rafraîchissement". Malgré cela, cette technologie est beaucoup moins chère que la SRAM. – la mémoire vive statique SRAM (Static Random Access Memory), qui utilise le principe des bascules ; elle est très rapide et ne nécessite pas de rafraîchissement, par contre, elle est chère, volumineuse et, grosse consommatrice d'électricité. Elle est utilisée pour les mémoires cache L1, L2 et L3 du processeur. 5/ Les mémoires de masse : disques durs magnétiques et SSD Le disque dur magnétique ou mécanique (HDD = Hard-Disk Drive) Il est constitué d’un ou de plusieurs disques rigides ("plateaux") en aluminium ou en verre, empilés les uns sur les autres à une très faible distance. Ils tournent très rapidement autour d'un axe (jusqu’à 15000 tr/min !). Les bits sont stockés sur une couche magnétique de quelques microns d'épaisseur. La lecture et l'écriture se font grâce à des têtes inductives, situées de part et d'autre de chacun des plateaux. Ces têtes sont des électroaimants qui se baissent et se soulèvent à quelques microns de la surface, séparées de cette surface par une couche d'air provoquée par la rotation des disques (qui crée un vent de 250 km/h !). Les têtes sont liées entre elles et une seule d’entre elles peut lire ou écrire à un moment donné. Lors de l'écriture, les têtes viennent polariser (+ ou –) la surface du disque en une très petite zone. Inversement, lors de la lecture, ces champs induisent un courant qui est ensuite transformé par un CAN en 0 ou en 1. CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville - 10 - Plusieurs disques sont superposés, chacun disposant de 2 têtes de lecture/écriture travaillant en “recto verso”. Axe du moteur Plateau ( disque ) Tête de lecture Connecteur d'alimentation Connecteur SATA IBM 1975 : quelques Mo … Illustration de ce principe ci-dessous : Chaque disque est découpé en "cylindres", chacun d'eux étant constitué des "pistes" (cercles concentriques) situées au même endroit sur chaque face des plateaux. Les pistes sont elles-mêmes découpées en "secteurs" de 512 octets en général. La défragmentation d’un disque dur consiste à réorganiser "proprement" les fichiers stockés de manière à gagner de la place et de l’efficacité de lecture : L'accès au disque dur permet la lecture et l’écriture des données avec un temps de l'ordre de quelques ms. Il possède un taux de transfert théorique de 60 Mo/s ; sa capacité va actuellement de 200 Go à plusieurs To. Regroupement des fichiers Placement des fichiers les plus utilisés à la périphérie Le disque dur SSD (Solid-State Drive) Basé sur la technologie des mémoires flash, le SSD est en voie de démocratisation et constitue a priori l'avenir du stockage de masse pour plusieurs raisons : Caractéristiques Disque dur magnétique SSD Temps d'accès En moyenne 12 ms 0.1 ms Poids De 400g à 700g Quelques dizaines de grammes Consommation en veille De l'ordre du Watt 100 mW Consommation en activité 4W environ 900 mW Bruit En moyenne 40 dB 0 dB CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville - 11 - SSD Seagate Pulsar Capacité : 200 Go Les chiffres sont donc sans appel, mais le SSD reste cher : 0,4 €/Go contre 0,04 €/Go pour le HDD. Le disque dur hybride Le disque dur hybride est l'exact compromis entre un disque dur magnétique et un disque dur SSD. C'est un disque dur magnétique auquel on a ajouté un volume mémoire flash conséquent (quelques Go), ou du moins suffisant pour que l'effet s'en ressente sur son utilisation en comparaison d'un disque dur magnétique. L'intérêt : une réduction très nette du prix du disque dur pour des performances accrues tout en limitant les risques de pertes de mémoire sur le SSD de technologie encore imparfaite en nombres de cycles de lecture/écriture. Actuellement, l'un des disques de plus grande capacité est le Western Digital Blue SSHD 4 To + 64 Go NAND Flash pour environ 200€. Comparatif de prix sur les différentes technologies pour une même capacité Caractéristiques Capacité (Go) Prix HITACHI Travelstar SAMSUNG SSD 840 SEAGATE Momentus Laptop Z7K500 (7200 tr/min) EVO 500 Go mSATA Thin SSHD Flash / Sur disque 500 50 € 500 8 / 500 255 € 65 € V/ LES PERIPHERIQUES D'ENTREE / SORTIE Ce sont les organes extérieurs à la carte-mère. Sans périphériques, le système fonctionnerait mais il ne servirait à rien puisqu’il n’échangerait aucune information avec l’extérieur. 1/ Périphériques de communication homme machine On englobe sous ce terme les dispositifs suivants : clavier, souris, scanner, micro, manette de jeux, … 2/ Périphériques de communication machine homme Il s'agit de l'écran, de l'imprimante, des haut-parleurs, … 3/ Un autre périphérique de stockage de données : le CD-ROM et ses dérivés Le CD (Compact Disc) est un disque optique de 12 cm de diamètre permettant de stocker 700 Mo de données texte (soit 300 000 pages dactylographiées) ou bien jusqu'à 80 minutes de données audio. Il est constitué d'un substrat en matière plastique (polycarbonate) et d'une fine pellicule métallique réfléchissante (or ou alliage d'argent). La couche réfléchissante possède de petites alvéoles. Ainsi lorsque le laser traverse le substrat, la lumière est réfléchie sur la couche réfléchissante, sauf lorsque le laser passe sur une alvéole ; c'est ce qui permet de coder l'information, avec la longueur de l'alvéole. Cette information est stockée sur 22188 pistes concentriques (il s'agit en réalité d'une seule piste en spirale). Les CD vierges (CD-R) possèdent une couche supplémentaire composée d'un colorant pouvant être marqué ("brûlé") ou non par un laser de forte puissance (10 fois celle nécessaire pour la lecture). CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville - 12 - La tête de lecture est composée d'un laser émettant un faisceau lumineux et d'une cellule photoélectrique chargée de capter le rayon réfléchi : Un lecteur de CD-ROM est caractérisé par sa vitesse : celle-ci est calculée par rapport à la vitesse d'un lecteur de CD-Audio (150 Ko/s). Un lecteur allant à 6000 Ko/s sera donc "40 " (40 fois plus rapide qu'un lecteur 1 ). Le DVD-ROM Le DVD (Digital Versatile Disc) est une "variante" du CD-ROM possédant une capacité largement plus grande. Ceci est réalisé en diminuant la taille des alvéoles. Les DVD existent en version "double couche" : ces disques sont constitués d'une couche quasi transparente à base d'or et d'une couche réflexive à base d'argent. Pour aller lire ces deux couches le lecteur dispose de deux intensités pour le laser : avec une intensité faible, le rayon se réfléchit sur la surface dorée ; lorsque l’intensité augmente, le rayon traverse la première couche et se réfléchit sur la surface argentée. Il existe également des DVD double face. Un disque double face et double couche atteint donc la capacité de 18 Go. L'intérêt du DVD est en priorité le stockage vidéo qui demande une place importante : un DVD de 4,7 Go (simple face, simple couche) permet de stocker plus de 2 heures de vidéo compressées en MPEG-2 (Motion Picture Experts Group), un format qui permet de garder une très grande qualité d'image. Le Blu-Ray Le principe est le même, mais la plus faible longueur d’onde du laser bleu permet de lire des alvéoles encore plus petites ! 4/ Un périphérique de communication essentiel : le modem ADSL (inclus dans une "box") Les premières communications ont été les lignes téléphoniques. Actuellement, elles forment un maillage complet et serré autour du globe terrestre. La tentation de faire communiquer des systèmes de traitement de l’information entre eux en utilisant ces lignes était donc très grande… Les données transmises sur le réseau Internet étant de nature différente, il a fallu inventer une interface appelée modem (modulateur – démodulateur). Le modem transforme un signal binaire en signal analogique qui sera transmis sur la ligne téléphonique. Le second modem recevant ce signal le retransforme en niveaux binaires. Les vitesses de transmission sont les vitesses de la liaison série : 2 à 100 Mb/s pour l’ADSL (sur réseau téléphonique ou fibre optique). Le principe des modulations mises en œuvre dans un modem ADSL CPGE TSI – Lycée P.-P. Riquet – St-Orens de Gameville - 13 -