Informatique : traiteement automatique de l`information

LE HARDWARE
A – HARD ou SOFT ?
Informatique : traitement automatique de l'information.
Ordinateur (computer) : machine à calculer, capable de réaliser des opérations arithmétiques ou
logiques et de les enchaîner conformément à des instructions inscrites dans un programme.
Hardware (ou hard) : c'est "le corps" de l'ordinateur. Cette partie purement physique de
l'ordinateur reste totalement inerte sans le soft.
Software (ou soft) : c'est "l'esprit" de l'ordinateur, produit par les concepteurs pour gérer, faire
fonctionner et commander le hard.
Le terme micro-ordinateur désigne un ordinateur de petites dimensions destiné à l'utilisation
individuelle. Aujourd'hui un "micro" a des capacités autrefois réservées aux gros calculateurs.
Aujourd'hui, l'ordinateur permet de manipuler des quantités de données si considérables à des
vitesses telles, qu'il est présent dans tous les domaines :
Banques de données, Gestion et comptabilité, Traitement des données scientifiques, Traitement
des images (imagerie médicale, images satellitaires...), tous les A.O. (Assisté par Ordinateur)
C.A.O., D.A.O., E.A.O., F.A.O., P.A.O., E.X.A.O...., jeux, films en images de synthèse...
Avec le développement des télécommunications viennent s'ajouter toutes les applications utilisant
des connexions à distance entre les ordinateurs via les réseaux et/ou les lignes téléphoniques
(Internet). La plupart des ordinateurs sont aujourd'hui multimédia, c'est-à-dire qu'ils possèdent
lecteurs de CD, modem, carte graphique, microphone-hauts parleurs-carte son intégrées.
B – ARCHITECTURE D'UN ORDINATEUR
Un ordinateur est composé d'une unité centrale (ou U.C. ou C.P.U.) à laquelle sont reliés des
périphériques.
TELECOMMUNICATIONS
DONNEES
INITIALES
TRAITEMENT
PRODUCTION
ACTIONS
STOCKAGE
MODEM
Périphériques
d'ENTREE
UNITE CENTRALE
Périphériques
de SORTIE
Périphériques ENTREE/SORTIE
MPI – le Hard
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Dans l'unité centrale, on trouve essentiellement :
 une carte d'alimentation
 une carte mère (Microprocesseur, Horloge, ROM, RAM)
 des bus de données
 des interfaces d'entrée-sortie
Les périphériques sont nombreux et de nouveaux types de périphériques apparaissent
régulièrement.
PÉRIPHÉRIQUES
D'ENTRÉE
Clavier
Souris
Joystick
Table à numériser
Scanner
Microphone
Caméra
Appareil photo numérique
Boîtier acquisition + capteurs
CD-ROM (non réinscriptible)
MPI – le Hard
PÉRIPHÉRIQUES
DE SORTIE
Écran
Imprimante
Table traçante
Robot
Graveur de CD
Graveur DVD
PERIPHERIQUES
D'ENTREE/SORTIE
Lecteur de disquette
Disque dur
Lecteur/graveur CD-WR
Lecteur/graveur DVD-WR
Lecteur de disque
optomagnétique
Lecteur de bandes
"clefs" USB
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L'UNITÉ CENTRALE
A – LA GESTION DES DONNEES
1. LE TRAITEMENT
Microprocesseur : circuit électronique intégré, hautement miniaturisé, capable de traiter
automatiquement et séquentiellement un grand nombre d'opérations logiques et arithmétiques
sur des nombres binaires codées électriquement.
Le nom des microprocesseurs est généralement connu du public car il renseigne sur les
performances de l'ordinateur.
Les processeurs Intel qui dominent le marché sont, par ordre de puissance croissante :
4004 (1972), 8088-86 (1980), 286, 386 (1991), 486, pentium (1994), pentium II, pentium III (1999),
pentium IV (fin 2000), Itanium (2001).
premier microprocesseur 4004
processeur récent pentium
pentium IV avec radiateur et ventilateur
L'unité centrale est le noyau essentiel de la machine car elle contient la carte mère sur laquelle est
fixé le microprocesseur, cerveau de la machine, mais aussi de nombreux autres accessoires
indispensables.
carte mère
2. LE RYTHME DE TRAVAIL
Horloge : quartz qui oscille à une fréquence donnée et qui détermine les cadences des flux de
données dans la machine.
Il existe une horloge qui gère les flux de données dans la carte mère, mais c'est la fréquence de
l'horloge interne du processeur que l'on cite dans les spécificités de la machine.
un pentium2 peut être cadencé à 300 MHz, un pentium IV à 1,4 GHz
Lorsqu'elle travaille, la machine traite des millions de bits à la seconde qui circulent en un vaste
chassé-croisé. Il faut donc un chef d'orchestre qui rythme tous ces flux de données. C'est le rôle de
l'horloge. Plus cette fréquence est élevée, plus la vitesse de traitement de l'information est grande.
MPI – le Hard
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3. LES TRANSPORTS
Bus : circuits câblés assurant le transport des informations.
Toutes les informations codées doivent circuler entre les organes de la carte mère et le processeur
d'une part et des différents organes de la carte mère vers les périphériques de sortie et en
provenance des périphériques d'entrée. Ce sont les bus qui sont responsables de ce gigantesque
réseau de transports en commun.
L'interfaçage du processeur nécessite 3 bus : un bus de donnée, un bus d'adresse et un bus de
commande.
Le bus d'adresse gère les adresses : chaque emplacement mémoire ou périphérique est désigné par
une adresse spécifique, similaire à l'adresse postale. Chaque circuit reçoit une adresse propre, une
adresse spécifique n'est donc pas partagée entre plusieurs circuits.
Le bus de donnée permet de transférer des données à l'adresse indiquée par le bus d'adresse.
le bus de commande, gère les flux d'informations, assure le dialogue nécessaire pour le transfert
des données vers (opération d'écriture) ou en provenance de (opération de lecture) l'adresse
indiquée.
HORLOGE
M
I
C
R
O
P
R
O
C
E
S
S
E
U
R
BUS DE DONNEES
UNITE DE
COMMANDE
UNITE DE
TRAITEMENT
UNITE
ARITHMETIQUE
ET LOGIQUE
MEMOIRE CENTRALE
R.O.M.
R.A.M.
P
E
R
I
P
H
E
R
I
Q
U
E
S
INTERFACES
ENTRES
SORTIES
BUS D'ADRESSES
BUS DE COMMANDE OU DE CONTROLE
4. LES PERFORMANCES
On parle de circuits 16 bits, 32 bits voire 64 bits. C'est le nombre de bits qui transitent
simultanément, plus ce nombre est grand plus la quantité de données pouvant être traitée en une
seconde est grande.
un pentium IV (64 bits) à 1,9 GHz est beaucoup plus puissant et rapide qu'un 486
(16 bits) à 33 MHz (moins de 10 ans les séparent...)
En résumé, la puissance et la rapidité d'une machine dépendent avant tout du degré de
complexité du processeur, de la rapidité de l'horloge, de la quantité de bits pouvant être traités
en même temps. Néanmoins les temps d'accès dans les mémoires et sur les supports de masse
(beaucoup plus longs) influent également sur les performances générales de la machine.
MPI – le Hard
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5. L'ACCES AUX PERIPHERIQUES
Un grand nombre de périphériques sont souvent connectés à l'unité centrale. Le branchement se
fait sur un port, connecteur spécifique situé soit sur la face externe pour les périphériques
extérieurs, soit sur la carte mère pour un périphérique interne (ports PCI).
Les ports série (COM) sont lents car ils transportent l'information bit par bit. Les ports parallèle
(LPT) sont plus rapides, car le transfert de l'information par "paquets". Les ports USB plus récents
sont rapides et très commodes car reconnus automatiquement dès leur connexion pendant le
fonctionnement. Ils permettent en outre dans certains cas d'assurer l'alimentation électrique du
périphérique.
ORPHY est branché sur un port série, l'imprimante sur un port parallèle (parfois maintenant USB), le
modem se branche sur le port USB.
ports externes
B – LES MEMOIRES
1. MEMOIRE MORTE
R.O.M. : Read Only Memory ou mémoire morte. Unité de mémoire contenant des informations
sur le fonctionnement et la structure interne de la machine. Ces données non modifiables,
inscrites par le fabricant sont utilisées par le processeur en particulier au chargement du système.
2. MEMOIRE VIVE
R.A.M. : Random Access Memory ou mémoire vive. Unité de mémoire utilisée par le processeur
pendant son fonctionnement.
La RAM est un peu le bureau de travail de la machine. Le processeur y entasse les données à des
positions aléatoires mais parfaitement repérées. Totalement électrique, la RAM permet une
utilisation rapide mais provisoire des données. Dès que la machine est éteinte, cette mémoire se
vide totalement de son contenu. C'est dans la RAM que se charge le système d'exploitation à
l'allumage ainsi que le noyau de fonctionnement des logiciels que l'utilisateur ouvre pour
travailler. Tous les fichiers créés par l'utilisateur sont inscrits en RAM, d'où la nécessité absolue de
sauvegarder sur un support de masse durable avant de quitter la session.
La capacité de la RAM se mesure en octets (1 octet = 8 bits).
Les premiers micro (début des années 80...) avaient des RAM de 128 Ko. Aujourd'hui les systèmes
d'exploitation exigent des RAM d'au moins 32 Mo et l'on trouve couramment 256 Mo.
Ces capacités sont de l'ordre de celles des disques durs il y a 10 ans...
Il y a peu, la RAM était beaucoup trop lente pour le processeur qui stockait des données en "file
d'attente" dans une mémoire dite mémoire cache. Aujourd'hui, les RAM ont des temps d'accès qui
deviennent proches de ceux du processeur.
MPI – le Hard
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LES PÉRIPHÉRIQUES
A – LES SUPPORTS DE MASSE
1. PRINCIPE
Tous les supports de masses sont des systèmes à grande capacité de stockage d'information. Sous
des formes diverses le principe reste toujours le même : le support est formé d'une succession de
petits éléments pouvant se trouver dans deux états différents (0 ou 1). Dans le cas des supports
magnétiques de minuscules aimants peuvent être orientés  ou , dans le cas des supports
optiques des microcuvettes peuvent être creusées ou non.
Ex : le caractère + (code binaire 00101011) est stocké
       
sur un support magnétique
 sur un support optique
Tous ces supports ont la forme de disques qui tournent très vite ce qui nécessite un lecteur. Le
lecteur contient un moteur, une tête de lecture (fragile) et une carte de contrôle qui gère les flux
de données. Leur capacité se mesure en octet.
2. LES SUPPORTS MAGNETIQUES
Disquette : Floppy Disk (FD), petit disque magnétique souple et amovible.
Le standard de disquette est maintenant le "3 pouces et demi" d'une capacité de 1,44 Mo.
Commode pour transporter des données et les
conserver en dehors de l'ordinateur (confidentialité,
sauvegarde de sécurité), les disquettes sont trop lentes
(vitesse de rotation de quelques centaines de tours par
minute) pour le travail quotidien. Leur usage s'est
considérablement réduit depuis le développement des
réseaux qui permet la récupération des données à
distance et l'augmentation des tailles des fichiers de
données. Certains ordinateurs sont même vendus
aujourd'hui sans lecteur de disquettes.
évolution des formats de disquettes
8"
5" ¼
3" ½
Disque dur : Hard Disk (HD) gros disque magnétique rigide et fixe.
La capacité des disques durs atteint maintenant plusieurs dizaines de Go.
Le stockage et l'extraction des données ne
peuvent être rapides qu'à la condition que
le disque puisse tourner très vite (de 5 à
10.000 tours par minute !) et la(les) tête(s)
de lecture se déplacer également très vite.
De tels systèmes mécaniques sont
forcément très sensibles aux perturbations.
C'est pourquoi, ils se trouvent dans une
enceinte protégée de la poussière et posée
sur des suspensions qui amortissent les
vibrations extérieures.
disque dur avec têtes de lecture
MPI – le Hard
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Zip : intermédiaire entre la disquette et le disque dur, le zip est un disque amovible d'une
capacité de 100 à 750 Mo. Il nécessite un lecteur adapté.
Mémoire flash USB : ces "clefs" très compactes ont
des capacités qui atteignent aujourd'hui 1 Go. Elles
sont reconnues à la connexion par la machine mais
restent très lentes en accès. Elles supplantent
aisément les disquettes aujourd'hui et même d'autres
supports plus performants mais moins pratiques.
clef USB
Bandes : elles sont identiques à des bandes de K7 audio. Peu chères de grandes capacités mais
lentes d'accès car séquentielles, elles demeurent un bon outil de sauvegarde du disque même si
leur utilisation diminue en raison des progrès des CD.
3. LES SUPPORTS OPTIQUES
CD-ROM : (Compact Disc) disque optique à lecture LASER non réinscriptible. La lecture est
réalisée par un faisceau laser qui balaye la surface du CD. Les bits de données sont codés sous la
forme de petites cuvettes (renvoient le faisceau laser) et de pics (ne renvoient pas le faisceau).
Ainsi est recueillie l'information. Les lecteurs CD-Rom incluent une méthode de correction pour
les CD abîmés (jusqu'à un certain point).
Actuellement leur capacité est d'environ 650 Mo. Grâce à leur grande capacité et leur robustesse,
ils sont souvent utilisés pour fournir des logiciels aux utilisateurs. Initialement plus difficiles à
"pirater", car non réinscriptibles, ils sont aujourd'hui aussi copiés que leurs prédécesseurs (les
disquettes) depuis que les micro-ordinateurs sont équipés de graveurs de CD-ROM.
Graveurs CD-ROM : Si les CD-ROM "commerciaux" sont pressés, les amateurs et certaines
éditeurs de programmes fournissent les logiciels sous forme de CD gravés. Les graveurs actuels
permettent de créer 2 types de CD : les CD gravés et les CD réinscriptibles (CD-RW). La capacité
d'un CD réinscriptible est moindre que celle des CD-ROM normaux (500 à 550 MB) puisque le
graveur doit réserver en moyenne 130 MB à la table des données, l'endroit où le contenu et la
structure du CD sont inscrites au fur et à mesure des écritures et réécritures. Les graveurs
permettent également de lire des CD (informatiques ou audio). Néanmoins, le temps d'accès est
nettement inférieur à celui des lecteurs de CD normaux.
La vitesse est donnée en X. 1X correspond à la vitesse de lecture d’un CD-audio (150 kB/s). Néanmoins, la
vitesse est celle obtenue à la partie externe du disque et n’est donc pas celle de la partie interne. Comme
la gravure d’un CD débute à l’intérieur du disque, elle est rarement obtenue. De plus, en cas de difficulté
de lecture, le lecteur diminue automatiquement sa vitesse.
La vitesse de lecture d’un lecteur CD dépend aussi du temps d’accès du lecteur donc de sa qualité (donc du
prix !). Enfin, les lecteurs à partir de 24X ne lisent plus à vitesse constante et leur montée en vitesse est plus
lente. Pour de petits fichiers, un 24X est pratiquement équivalent à un 50X. Les vitesses actuelles
atteignent 56X.
DVD : Les DVD (Digital Versatile Disc) peuvent de lire tous les types de CD (CD audio, CD-Rom,
CD-R et CR-RW). Néanmoins, leur atout principal est de pouvoir lire les DVD. La capacité des
DVD est nettement supérieure à celle des CD-ROM : 4,7 GB en simple face, simple couche, mais
jusqu'à 17 GB en double face, double couche. La principale utilisation actuelle de ces DVD est la
vidéo. Depuis 2002 des graveurs de DVD apparaissent sur le marché grand public.
La vitesse d'un lecteur DVD n'est pas en rapport avec celle des CD classiques.
En effet, 1X équivaut à 1350 KB / secondes (soit 9 X supérieurs).
Disque optomagnétique : allie le stockage magnétique (donc réinscriptible) à un guidage optique
(donc rapide et précis) de la tête de lecture.
MPI – le Hard
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B – LES AUTRES PERIPHERIQUES
1. LES PERIPHERIQUES D'ENTREE
Le clavier possède en général 102 touches réparties en différentes zones. Chaque frappe envoie
un signal électrique qui est traité par le microprocesseur.
Touches standard
Pavé numérique
Touches de fonction
Touches spéciales
Touches curseur
La souris contrôle le pointeur sur l'écran. Elle permet de sélectionner des éléments de l'écran avec
ou sans l'aide du clavier. Une souris comporte généralement 2 boutons (droit et gauche) et
permet de : cliquer (droit ou gauche), double-cliquer, glisser-déplacer, passer sur une zone.
Le scanner permet de récupérer un document pour le traiter dans un logiciel adapté. Il a l'action
inverse d'une imprimante. Il existe des scanners à main que l'utilisateur déplace le long du
document et des scanners à plat qui fonctionnent comme une photocopieuse. Tous les scanners à
plat suivent le même principe de fonctionnement : une source lumineuse se déplace à la surface
d'un document, la lumière produite par la source est réfléchie et rencontre un capteur
photosensible électrique. Ce capteur convertit la lumière en signal électrique, en fait une
représentation analogique de l'image qui doit être convertie en signal digital à l'aide d'un
convertisseur. Avant d'être transférée à l'ordinateur, l'image passe par un microcontrôleur pour
mise en forme. Dans le cas de scanners couleurs, chaque partie d'acquisition est reproduite en 3
exemplaires, un par couleur.
Les appareils photos numériques sont devenus un
outil grand public. Le signal lumineux est transmis
à une cellule photo-sensible appelée CCD
(Charged Coupled Device) qui transforme l'énergie
(lumière) en une série d'impulsions électriques. La
charge électrique est directement proportionnelle
à la lumière captée. Une charge nulle produit du
noir, une charge maximum produisant du blanc. A
ce stade, le CCD produit toutes les nuances de gris.
En décomposant le contenu en rouge, jaune et
bleu par des filtres de couleurs, on obtient par
exemple : 256 nuances de bleus * 256 nuances de
vert * 256 nuances de rouge = 16.777.216
combinaisons de couleurs possibles.
schéma de principe d'un appareil photo numérique
La sauvegarde des photos se fait actuellement sur des mémoires flash (jusqu'à 20 MB) dont le prix
est assez élevé, ce qui explique le prix actuel de ces appareils.
Les nouveaux appareils sont appelés MEGAPIXEL parce qu'avec plus d'un million de pixels dans le CCD, ce
qui pour une image donne rapidement des fichiers de 12 MB. Une diapo de 35 mm contient 100 fois plus
d'informations. Ceci donne donc une image de 400 MB. Au point de vue physique, l'appareil est donc
largement au-dessus des appareils photo-numériques.
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Les dispositifs de type EXAO : de nombreuses manipulations de physique peuvent se faire à l'aide
de l'ordinateur, qui permet un traitement beaucoup plus rapide et approfondi des mesures. Un
convertisseur transforme une tension électrique (signal analogique) en signal numérique
compréhensible par le machine. Il suffit donc de transformer la grandeur mesurée en tension
électrique. Un boîtier d'acquisition réalise ces deux opérations, de sorte que l'on peut lui
connecter toutes sortes de capteurs. Le boîtier muni de ses sondes et des fils de connexion peut
alors jouer le rôle de voltmètre, d'ampèremètre, de teslamètre, de pHmètre, de thermomètre,
de luxmètre...
étude des caractéristiques du son
d'un instrument de musique
étude de la trajectoire d'un mobile autoporteur
suivi pH-métrique d'un dosage acide-base
étude d'une cinétique chimique
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2. LES PERIPHERIQUES DE SORTIE
L'écran permet l'affichage du travail. Deux systèmes existent. Le tube cathodique fonctionne
comme un écran de télévision (faisceaux d'électrons et bobines de déviation) mais avec une
fréquence de balayage différente, d'où la nécessité d'un adaptateur entre les deux systèmes. Sur
les portables, et maintenant sur des machines de bureau, les écrans plats affichent les images, non
pas par l’intermédiaire d’un tube, mais à l’aide de diodes lumineuses. Cela réduit de manière
draconienne l’épaisseur de l’écran (design et encombrement), mais inclut plusieurs petits
problèmes liés à la fabrication et à la consommation électrique dans certains cas. Ces écrans
utilisent un signal vidéo identique à un moniteur cathodique classique.
écran cathodique
écran plat (LCD)
Pour un écran on donne sa résolution et sa taille.
La résolution correspond au nombre de pixels de l'image. On donne
le produit du nombre de pixels horizontaux (H) par le nombre de
pixel verticaux(V). Plus ce nombre est grand plus l'image est fine.
Tous les écrans actuels sont minimum SVGA en résolution
comparaison
norme
VGA
SVGA
XVGA
SXVGA
HDTV
HDTVplus
QXGA
H*V
640*480
800*600
1024*768
1280*1024
1920*1080
1920*1200
2048*1536
On donne aussi la taille de l'écran qui s'exprime en pouces (").. quant à la taille, elle s'exprime en
pouces (") et correspond à la mesure entre 2 coins opposés de l'affichage de l'écran.
11", 12" et 14" sont désuets, le 15 " était la norme à la fin des années 90. Actuellement, les écrans 17" sont le
plus utilisé, même si les écrans 19" pourraient prendre le dessus.
L'imprimante sert à produire des documents papier à partir des données informatiques. Il en
existe trois sortes, toutes susceptibles d'imprimer en couleur :
 Les imprimantes matricielles : elles fonctionnent avec des impacts sur un ruban comme une
machine à écrire et ne servent plus que pour les administrations qui utilisent des carbones.
 Les imprimantes à jet d'encre : elles envoient des microgouttes sur le papier et atteignent une
qualité d'impression photographique.
 Les imprimantes LASER : le laser impressionne un tambour photosensible qui attire ensuite
l'encre électrostatiquement puis la dépose sur le papier. Plus rapide que les imprimantes à jet
d'encre, elles sont rapides et d'une qualité excellente mais demeure plus chère que les jets
d'encre.
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