Chapitre 2 ELEMENTS D'ARCHITECTURE DES ORDINATEURS

publicité
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 -
Téléchargement
Flashcards connexes
Créer des cartes mémoire