la mémoire de masse : le disque dur

Informatique
Formation pour débutants
le matériel
Créé par JJ Pellé le 02/03/2006
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1 - Quiz
2 – introduction : les différentes sortes d’ordinateur
3 – Le châssis, tour ou boîtier
4 – l’alimentation
5 – la carte mère
6 – le processeur
7 – les mémoires
– la mémoire cache
– la mémoire vive
– la mémoire morte
– la mémoire de masse : le disque dur
– la mémoire de masse : le CD ROM
8 – le bus
9 – les périphériques
Sommaire
suite
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10 – la connectique
– l’interface parallèle
– le port série
– la norme USB
– le port USB, les hubs
– la clé USB
11 – notion de pilote ou driver
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Un ordinateur se compose
- D’une unité centrale
- Un écran
- Un clavier
- Une souris
- D’un stroboscope
- Divers périphériques
Il y a plusieurs sortes d’ordinateurs
1 – les ordinateurs de bureau avec leur tour
2 – les ordinateurs portables qui ont de plus en plus de
succès avec le WiFi
3 - des ordinateurs semi portables comme le sony Viao
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L’unité centrale est dans l’écran, le
clavier et la souris sont sans fil.
Il pèse environ 3Kg et ne possède pas de
batterie donc n’est pas autonome.
On peut le déplacer facilement, mais il
nécessite une source EDF
LA TOUR ou BOITIER ou CHÄSSIS
Le boîtier (ou châssis) de l'ordinateur est le squelette métallique abritant ses
différents composants internes qui sont
- L’alimentation
- La carte mère avec les mémoires et le microprocesseur
- La connectique et le câblage
On peut trouver des cartes d’extension : vidéo, audio, TV ….
- Les lecteurs qui peuvent être très diverses : lecteur de disquettes, disque dur,
lecteur et / ou graveur de CD, lecteur et / ou graveur de DVD, lecteur de
mémoires flash…
- Les interfaces
Ports USB, séries, parallèles, Ethernet…
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L’alimentation
La plupart des boîtiers sont fournis avec un bloc d'alimentation (en anglais power supply).
L'alimentation permet de fournir du courant électrique à l'ensemble des composants de
l'ordinateur. Aux Etats-Unis les blocs d'alimentation délivrent un courant de 110V et à 60 Hz,
tandis qu'en Europe la norme est 220V à une fréquence de 50 Hz, c'est la raison pour laquelle
les blocs d'alimentation possèdent la plupart du temps un commutateur permettant de choisir le
type de tension à délivrer.
Il est essentiel de s'assurer que le commutateur
est bien positionné sur le bon voltage afin de ne
pas risquer de détériorer des éléments de
l'unité centrale
Le bloc d'alimentation doit posséder une
puissance suffisante pour alimenter les
périphériques de l'ordinateur.
Une attention particulière devra également être
portée sur le niveau sonore de l'alimentation.
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La carte mère
Carte graphique
La carte mère (ou carte principale) est la carte
centrale d'un PC. Elle supporte, outre l’unité
centrale, tous les composants nécessaires au
fonctionnement de celle ci, de la mémoire de travail,
des systèmes de bus, pour l'échange de données et
pour le pilotage des composants indispensables. Ces
composants sont aujourd'hui réunis le plus souvent
sur une seule carte. On trouve aussi sur la carte mère
le BIOS et l'horloge temps réel.
La carte mère contient également les connexions des
bus d'extension , les socles enfichables pour barrettes
de DRAM de la mémoire de travail, et les socles
destinés à la SRAM du cache de processeur.
De nombreuses cartes mères contiennent, en plus des
interfaces parallèles et série, le contrôleur de
disquette et le contrôleur de disque dur. La carte
graphique peut également être intégrée à la carte
mère.
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La carte mère est l'élément central du PC car tous les composants y sont connectés. De
ce fait, un mauvais choix de carte mère peut entraîner des contraintes d'évolution, des
incompatibilités matérielles et des ralentissement de l'ensemble de l'ordinateur.
Le processeur (CPU « Central Processing Unit» )
Le processeur est un circuit électronique commandé par un programme interne préétabli ou susceptible
d'être modifié de l'extérieur, capable d'effectuer des opérations arithmétiques et logiques sur des données,
et donc de commander d'autres unités de l'ordinateur.
Le processeur se compose des éléments de base suivants : l'unité de commande (qui en coordonne le
fonctionnement interne), le calculateur (où s'effectuent toutes les opérations arithmétiques et logiques), des
registres et des compteurs internes, etc.
L'intégration sur une puce, et sous forme de circuit intégré, de tous les éléments d'un processeur donne ce
que l'on appelle un microprocesseur.
Microprocesseur
Des exemples de processeurs Pentium
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- Pentium (fréquence d'horloge 75-200 Méga Hertz, d'Intel) ;
- Pentium Pro (fréquence d'horloge à partir de 180 MHz) ;
-Pentium II (233, 266, 300, 333, 350, 400 et 450 MHz).
-Pentium III (500,666,866,1,13Ghz…)
-Aujourd’hui les pentiums 4 ont une vitesse d’horloge dépassant 3 Giga hertz, c’est à dire 3 milliards de
cycles par seconde, c’est à dire qu’ils peuvent traiter plus de 3 milliards d’informations par secondes
Les mémoires
On appelle « mémoire » tout composant électronique capable de stocker temporairement des données.
On distingue ainsi deux grandes catégories de mémoires :
- la mémoire centrale (appelée également mémoire interne) permettant de mémoriser
temporairement les données lors de l'exécution des programmes. La mémoire centrale est réalisée
à l'aide de micro-conducteurs, c'est-à-dire des circuits électroniques spécialisés rapides.
La mémoire centrale correspond à ce que l'on appelle la mémoire vive.
- la mémoire de masse (appelée également mémoire physique ou mémoire externe) permettant
de stocker des informations à long terme, y compris lors de l'arrêt de l'ordinateur. La mémoire
de masse correspond aux dispositifs de stockage magnétiques, tels que le disque dur, aux
dispositifs de stockage optique, correspondant par exemple aux CD ROM ou aux DVD ROM,
ainsi qu'aux mémoires mortes.
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La mémoire cache
- Faible quantité de mémoire très rapide.
- Elle accélère l'accès du processeur à la mémoire de travail.
C’est une mémoire très rapide (6 ns) intercalée entre le processeur et la mémoire vive dans le
PC de manière à compenser les différences de vitesses entre les 2 et à atténuer la perte de
performance correspondante. Cette mémoire est disposée sur la carte mère en général ou dans la
cartouche du processeur.
On utilise les mémoires statiques (SRAM, Static Random
Access Module), rapides mais onéreuses.
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La mémoire vive
-
On l’appelle encore RAM ( angl.: « Random Access Memory » mémoire à accès aléatoire )
- Mémoire vive ou primaire d'un ordinateur, qui permet de lire ou d'écrire immédiatement n'importe quel
octet à n'importe quel endroit. Elle s'oppose en ceci à la mémoire morte (ROM) qui est figée (on ne peut que la
lire)
- La capacité des RAM est passée, de 16 kilooctets (Ko) pour les premiers PC, à plusieurs Gigaoctets (Go)
pour les PC actuels.
- Plusieurs types de RAM sont utilisés sur les cartes mères, pour l'essentiel des SIMM, des SIP et des modules
PS/2 sur les anciens ordinateurs. Pour les ordinateurs nouveaux, on mentionne pour le moment l'installation
des RAM dites "EDO," qui présentent un débit de données élevé (60 nanosecondes), ainsi que les RAM dites
"SDRAM« (Synchronous Dynamic RAM) , au débit encore plus élevé et aux performances plus importantes.
Le temps d’accès à la RAM est de quelques milliardièmes de secondes ( 10 nano secondes pour la
SDRAM
Suite
La mémoire vive : Les différents types
3 types de RAM
Les dernières RAM
DDR-SDRAM : Double Data Rate Random Access Memory. Mémoire vive à vitesse équivalente doublée (par
rapport à de la SDRAM). La DDRAM est supportée à partir de CHIPSET ( puce ) apparaissant fin 2000. Elle
améliore les performances de manière variable (10% globalement et au moins) sans pour autant entraîner de
coûts de surproduction excessifs comme pour la RDRAM.
RDRAM : RAMBUS DRAM. Nouveau type de mémoire théoriquement plus rapide que la SDRAM et utilisé à
partir du chipset I820. En théorie elle améliore grandement les performances mais pour le moment elle ne tient
pas ses promesses et reste difficile à produire et donc très onéreuse. Ne pas confondre avec DDRAM
DDR2 : Mémoire vive à vitesse équivalente quadruplée (par rapport à de la SDRAM).
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La mémoire morte
Il existe un type de mémoire permettant de stocker des données en l'absence de courant électrique, il
s'agit de la ROM (Read Only Memory, dont la traduction littérale est mémoire en lecture seule)
appelée mémoire morte, parfois mémoire non volatile car elle ne s'efface pas lors de la mise hors
tension du système.
Ce type de mémoire permet notamment de conserver les données nécessaires au démarrage de
l'ordinateur. En effet, ces informations ne peuvent être stockées sur le disque dur étant donné que les
paramètres du disque (essentiels à son initialisation) font partie de ces données vitales à l'amorçage.
Différentes mémoires de type ROM contiennent des données indispensables au démarrage, c'est-à-dire:
Suite
La mémoire morte (suite)
- Le BIOS est un programme permettant de piloter les interfaces d'entrée-sortie principales du système,
d'où le nom de BIOS ROM donné parfois à la puce de mémoire morte de la carte-mère qui l'héberge
- Le chargeur d'amorce: un programme permettant de charger le système d'exploitation en mémoire (vive) et de
le lancer. Celui-ci cherche généralement le système d'exploitation sur le lecteur de disquette, puis sur le disque
dur, ce qui permet de pouvoir lancer le système d'exploitation à partir d'une disquette système en cas de
dysfonctionnement du système installé sur le disque dur.
- Le Setup CMOS, c'est l'écran disponible à l'allumage de l'ordinateur permettant de modifier les paramètres du
système (souvent appelé BIOS à tort...).
- Le Power-On Self Test (POST), programme exécuté automatiquement à l'amorçage du système permettant de
faire un test du système (c'est pour cela par exemple que vous voyez le système "compter" la RAM au
démarrage).
Etant donné que les ROM sont beaucoup plus lentes que les mémoires de types RAM (une ROM a un temps d'accès de
l'ordre de 150 ns tandis qu'une mémoire de type SDRAM a un temps d'accès d'environ 10 ns), les instructions contenues
dans la ROM sont parfois copiées en RAM au démarrage, on parle alors de shadowing (en français cela pourrait se
traduire par ombrage, mais on parle généralement de mémoire fantôme).
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Mémoire de masse : le disque dur
Le disque dur est l'organe servant à conserver les données de manière permanente, contrairement à la
mémoire vive, qui s'efface à chaque redémarrage de l'ordinateur, c'est la raison pour laquelle on parle
parfois de mémoire de masse pour désigner les disques durs.
Suite
Avec l'apparition de la norme USB, des boîtiers externes permettant de connecter un disque dur sur un
port USB ont fait leur apparition, rendant le disque dur facile à installer et permettant de rajouter de la
capacité de stockage pour faire des sauvegardes. On parle ainsi de disque dur externe par opposition
aux disques durs internes branchés directement sur la carte mère, mais il s'agit bien des mêmes
disques, si ce n'est qu'ils sont connectés à l'ordinateur par l'intermédiaire d'un boîtier branché sur un
port USB.
Mémoire de masse : le disque dur structure
Les disques tournent très rapidement autour d'un axe (à plusieurs milliers de tours par minute actuellement)
dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Un ordinateur fonctionne de manière binaire, c'est-à-dire que les
données sont stockées sous forme de 0 et de 1 (appelés bits). Il existe sur les disques durs des millions de ces bits,
stockés très proches les uns des autres sur une fine couche magnétique de quelques microns d'épaisseur, ellemême recouverte d'un film protecteur.
La lecture et l'écriture se fait grâce à des têtes de lecture (en anglais heads) situées de part et d'autre de
chacun des plateaux. Ces têtes sont des électro-aimants qui se baissent et se soulèvent pour pouvoir lire
l'information ou l'écrire. Les têtes ne sont qu'à quelques microns de la surface, séparées par une couche
d'air provoquée par la rotation des disques qui crée un vent d'environ 250km/h ! De plus ces têtes sont
mobiles latéralement afin de pouvoir balayer l'ensemble de la surface du disque.
Cependant, les têtes sont liées entre elles et seulement une seule tête peut lire ou écrire à un moment
donné. On parle donc de cylindre pour désigner l'ensemble des données stockées verticalement sur la
totalité des disques.
Suite
Mémoire de masse : le disque dur fonctionnement
Les têtes de lecture/écriture sont dites « inductives », c'est-à-dire qu'elles sont
capables de générer un champ magnétique. C'est notamment le cas lors de
l'écriture : les têtes, en créant des champs positifs ou négatifs, viennent polariser
la surface du disque en une très petite zone, ce qui se traduira lors du passage en
lecture par des changements de polarité induisant un courant dans la tête de
lecture, qui sera ensuite transformé par un convertisseur analogique numérique
(CAN) en 0 et en 1 compréhensibles par l'ordinateur.
Les têtes commencent à inscrire des données à la périphérie du disque (piste 0), puis avancent vers le centre. Les
données sont organisées en cercles concentriques appelés « pistes », créées par le formatage de bas niveau
(formatage physique c’est à dire découpage du disque en pistes, secteurs, cylindres).
Les pistes sont séparées en quartiers (entre deux rayons) que l'on appelle secteurs, contenant les données (au
minimum 512 octets par secteur en général).
Suite
Mémoire de masse : le disque dur fonctionnement suite
On appelle cylindre l'ensemble des données situées sur une même piste sur des plateaux différents (c'est-àdire à la verticale les unes des autres) car cela forme dans l'espace un "cylindre" de données.
On appelle enfin cluster (ou en français unité d'allocation) la zone minimale que peut occuper un fichier sur
le disque. En effet le système d'exploitation exploite des blocs qui sont en fait plusieurs secteurs (entre 1 et 16
secteurs : secteurs du cylindre). Un fichier minuscule devra donc occuper plusieurs secteurs (un cluster).
Sur les anciens disques durs, l'adressage se faisait ainsi de manière physique en définissant la position de la
donnée par les coordonnées cylindre / tête / secteur (en anglais CHS pour Cylinder / Head / Sector).
Suite
Mémoire de masse : le disque dur caractéristiques techniques
- Capacité : volume de données pouvant être stockées sur le disque. Aujourd’hui en Tera octets (1000 milliards
d’informations).
- Taux de transfert (ou débit) : quantité de données pouvant être lues ou écrites sur le disque par unité de temps. Il
s'exprime en bits par seconde.
- Vitesse de rotation : vitesse à laquelle les plateaux tournent, exprimée en tours par minutes (notés rpm pour
rotations par minute). La vitesse des disques durs est de l'ordre de 7200 à 15000 rpm. Plus la vitesse de rotation d'un
disque est élevée meilleur est le débit du disque. En revanche, un disque possédant une vitesse de rotation élevé est
généralement plus bruyant et chauffe plus facilement.
- Temps de latence (aussi appelé délai rotationnel) : temps écoulé entre le moment où le disque trouve la piste et le
moment où il trouve les données.
- Temps d'accès moyen : temps moyen que met la tête pour se positionner sur la bonne piste et accéder à la donnée.
Il représente donc le temps moyen que met le disque entre le moment où il a reçu l'ordre de fournir des données et le
moment où il les fournit réellement. Il doit ainsi être le plus court possible.
Suite
Mémoire de masse : le disque dur caractéristiques techniques
(suite)
- Densité radiale : nombre de pistes par pouce (tpi: Track per Inch).
- Densité linéaire : nombre de bits par pouce sur une piste donnée (bpi: Bit per Inch).
- Densité surfacique : rapport de la densité linéaire sur la densité radiale (s'exprime en bits par pouce carré).
- Mémoire cache (ou mémoire tampon) : quantité de mémoire embarquée sur le disque dur. La mémoire cache permet
de conserver les données auxquelles le disque accède le plus souvent afin d'améliorer les performances globales ;
- Interface : il s'agit de la connectique du disque dur. Les principales interfaces pour disques durs sont les suivantes :
IDE/ATA ;
Serial/ ;
SCSI ;
- Il existe par ailleurs des boîtiers externes permettant de connecter des disques durs en USB ou firewire.
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Mémoire de masse : le CD ROM
Le Compact Disc a été inventé par Sony et Philips en 1981 afin de constituer un support audio compact de haute qualité
permettant un accès direct aux pistes numériques. Il a été officiellement lancé en octobre 1982. En 1984, les spécifications du
Compact Disc ont été étendues (avec l'édition du Yellow Book) afin de lui permettre de stocker des données numériques.
Le CD (Compact Disc) est un disque optique de 12 cm de diamètre
et de 1.2 mm d'épaisseur (l'épaisseur peut varier de 1.1 à 1.5 mm)
permettant de stocker des informations numériques, c'est-à-dire
correspondant à 650 Mo de données informatiques (soient 300 000
pages dactylographiées) ou bien jusqu'à 74 minutes de données
audio. Un trou circulaire de 15 mm de diamètre en son milieu permet
de le centrer sur la platine de lecture.
suite
Mémoire de masse : le CD ROM fonctionnement
La tête de lecture est composé d'un laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) émettant un faisceau
lumineux et d'une cellule photoélectrique chargée de capter le rayon réfléchi. Le laser utilisé par les lecteurs de CD est un
laser infrarouge (possédant une longueur d'onde de 780 nm) car il est compact et peu coûteux. Une lentille située à proximité
du CD focalise le faisceau laser sur les alvéoles.
Un miroir semi réfléchissant permet à la lumière réfléchie d'atteindre la cellule photoélectrique, comme expliqué sur le dessin
suivant:
Un chariot est chargé de déplacer le miroir de façon à permettre à la tête de lecture d'accéder à l'intégralité du CDROM.
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Le Bus
On appelle bus, en informatique, un ensemble de liaisons physiques (câbles, pistes de circuits imprimés, etc.)
pouvant être exploitées en commun par plusieurs éléments matériels afin de communiquer.
Les bus ont pour but de réduire le nombre de « voies » nécessaires à la communication des différents
composants, en mutualisant les communications sur une seule voie de données. C'est la raison pour laquelle
la métaphore d'« autoroute de données » est parfois utilisée.
Exemple, pour 4 éléments il faut 6 voies de connexion pour que ceux ci puissent dialoguer entre eux deux à deux
En fait il faut (n²-n)/ 2 voies pour n éléments Pour 20 éléments il faudrait (20²-20) / 2 soit 190 circuits.
Les éléments qui ont besoin de dialoguer sont les périphériques avec le
processeur soit
la mémoire vive, les divers lecteurs, le clavier, l’écran, la souris,
l’imprimante etc…
Le bus est formé physiquement par la nappe de fils reliant les connecteurs
Le bus permet de ramener cette valeur à 1 voie par élément
Suite
Le Bus : caractéristiques
Un bus est caractérisé par le volume d'informations transmises simultanément. Ce volume, exprimé en bits, correspond
au nombre de lignes physiques sur lesquelles les données sont envoyées de manière simultanée. Une nappe de 32 fils
permet ainsi de transmettre 32 bits en parallèle. On parle ainsi de « largeur » pour désigner le nombre de bits qu'un bus
peut transmettre simultanément.
D'autre part, la vitesse du bus est également définie par sa fréquence (exprimée en Hertz), c'est-à-dire le nombre de
paquets de données envoyés ou reçus par seconde. On parle de cycle pour désigner chaque envoi ou réception de
données.
De cette façon, il est possible de connaître le débit maximal du bus (ou taux de transfert maximal), c'est-à-dire la
quantité de données qu'il peut transporter par unité de temps, en multipliant sa largeur par sa fréquence. Un bus d'une
largeur de 16 bits, cadencé à une fréquence de 133 MHz possède donc un débit égal à :
16 * 133.106 = 2128*106 bit/s, soit 2128*106/8 = 266*106 octets/s soit 266*106 /1000 = 266*103
Ko/s
soit 259.7*103 /1000 = 266 Mo/s
L’horloge d’un processeur peut être hyper rapide, la performance de la machine dépend aussi de la
vitesse d’horloge du BUS qui est primordiale pour la rapidité des échanges avec les disques et autres
périphériques.
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Les périphériques
On appelle « périphérique » un matériel électronique pouvant être raccordé à un ordinateur par
l'intermédiaire de l'une de ses interfaces d'entrée-sortie (port série, port parallèle, bus USB, bus fireware,
interface SCSI, etc.), le plus souvent par l'intermédiaire d'un connecteur. Il s'agit donc des composants de
l'ordinateur externes à l'unité centrale.
On distingue habituellement les catégories de périphériques suivantes :
périphériques d'affichage : il s'agit de périphériques de sortie, fournissant une représentation
visuelle à l'utilisateur, tels qu'un moniteur (écran).
périphériques de stockage : il s'agit d'un périphérique d'entrée-sortie capable de stocker les
informations de manière permanent (disque dur, graveur de CD, graveur de DVD etc.) ;
périphériques d'acquisition. Ils permettent à l'ordinateur d'acquérir des données particulières,
telles que des données vidéo, on parle alors d'acquisition vidéo ou bien d'images numérisées (scaner) ;
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Scanner
Clavier et
souris sans fils
périphériques d'entrée : ce sont des périphériques capables uniquement d'envoyer des
informations à l'ordinateur, par exemple les dispositifs de pointage (souris) ou bien le clavier.
La connectique
Notion de port entrée/sortie
Les ports d'entrée-sortie sont des éléments matériels de l'ordinateur, permettant au système de communiquer avec des
éléments extérieurs, c'est-à-dire d'échanger des données, d'où l'appellation d'interface d'entrée-sortie (notée parfois interface
d'E/S).
Le connecteur de clavier
Les claviers sont généralement branchés à l'arrière de l'unité centrale, sur la carte mère, sur un connecteur PS/2 de
couleur violette :
L'interface VGA standard : Les cartes graphiques sont la plupart du temps équipées d'un connecteur VGA 15 broches
(Mini Sub-D, composé de 3 séries de 5 broches), généralement de couleur bleue, permettant notamment la connexion d'un
écran CRT (à tube cathodique). Ce type d'interface permet d'envoyer à l'écran 3 signaux analogiques correspondant aux
composantes rouges, bleues et vertes de l'image.
L'interface S-Video : De plus en plus de cartes sont équipée d'une prise S-Video permettant d'afficher sur une télévision,
c'est la raison pour laquelle elle est souvent appelée prise télé (notée « TV-out »).
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La connectique :L’interface parallèle
L’interface parallèle
A l'origine, l'interface parallèle du PC correspondait à une norme définie par le fabricant Centronics pour le pilotage des
imprimantes, c'est pourquoi on l'appelle aussi interface Centronics. L'interface parallèle permet aujourd'hui la transmission
en parallèle de données par octet et dans les deux sens, à des vitesses bien plus élevées qu'avant.
Lors de la conception des PC, on peut définir trois interfaces parallèles au plus ; elles sont appelées respectivement "LPT1:",
"LPT2:" et "LPT3:" sous les systèmes d'exploitation MS-DOS ou OS/2.
connecteur DB25 (25 broches)
La transmission de données en parallèle consiste à envoyer des données simultanément sur plusieurs canaux (fils). Les
ports parallèle présents sur les ordinateurs personnels permettent d'envoyer simultanément 8 bits (un octet) par
l'intermédiaire de 8 fils.
Les premiers ports parallèles bidirectionnels permettaient d'atteindre des débits de l'ordre de 2.4Mb/s. Toutefois des ports
parallèles améliorés ont été mis au point afin d'obtenir des débits plus élevés:
- Le port EPP (Enhanced Parralel Port, port parallèle amélioré) a permis d'atteindre des débits de l'ordre de 8 à 16 Mbps
- Le port ECP (Enhanced Capabilities Port, port à capacités améliorées), mis au point par Hewlett Packard et Microsoft. Il
reprend les caractéristiques du port EPP en lui ajoutant un support Plug and Play, c'est-à-dire la possibilité pour l'ordinateur
de reconnaître les périphériques branchés
Les ports parallèles sont, comme les ports série, intégrés à la carte
mère. Les connecteurs DB25 permettent de connecter un élément
extérieur (une imprimante par exemple).
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La connectique : Le port série
Les ports série
Les ports série (également appelés RS-232, nom de la norme à laquelle ils font référence) représentent les
premières interfaces ayant permis aux ordinateurs d'échanger des informations avec le "monde extérieur". Le terme
série désigne un envoi de données via un fil unique: les bits sont envoyés les uns à la suite des autres.
A l'origine les ports série permettaient uniquement d'envoyer des données,
mais pas d'en recevoir, c'est pourquoi des ports bidirectionnels ont été mis
au point (ceux qui équipent les ordinateurs actuels le sont); les ports séries
bidirectionnels ont donc besoin de deux fils pour effectuer la
communication.
Les ports série sont généralement intégrés à la carte mère, c'est pourquoi des connecteurs présents à l'arrière du boîtier, et reliés
à la carte mère par une nappe de fils, permettent de connecter un élément extérieur. Les connecteurs séries possèdent
généralement 9 ou 25 broches et se présentent sous la forme suivante (respectivement connecteurs DB9 et DB25): Un
ordinateur personnel possède généralement de un à quatre ports séries. (
DB 9 (9broches)
DB25 (25 broches)
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La connectique : La norme USB
Dès 1995, le standard USB a été élaboré pour la connexion d’une grande variété de périphériques.
Le standard USB 1.0 propose deux modes de communication :
- 12 Mb/s en mode haute vitesse,
- 1.5 Mb/s à basse vitesse.
Le standard USB 1.1 apporte quelques clarifications aux constructeurs de périphériques USB mais ne modifie en rien le
débit. Les périphériques certifiés USB 1.1 portent le logo suivant :
La norme USB 2.0 permet d'obtenir des débits pouvant atteindre 480 Mbit/s. Les périphériques certifiés USB 2.0 portent
le logo suivant :
En l'absence de logo la meilleure façon de déterminer s'il s'agit de périphériques USB à bas ou haut débit est de consulter la
documentation du produit dans la mesure où les connecteurs sont les mêmes.
La compatibilité entre périphériques USB 1.0, 1.1 et 2.0 est assurée. Toutefois l'utilisation d'un périphérique USB 2.0 sur un
port USB à bas débit (i.e. 1.0 ou 1.1), limitera le débit à 12 Mbit/s maximum. De plus, le système d'exploitation est
susceptible d'afficher un message expliquant que le débit sera bridé.
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La connectique : Port USB
Types de connecteurs USB
Il existe deux types de connecteurs USB :
•Les connecteurs dits de type A, dont la forme est rectangulaire et servant généralement pour des
périphériques peu gourmands en bande passante (clavier, souris, webcam, etc.) ;
•Les connecteurs dits de type B, dont la forme est carrée et utilisés principalement pour des
périphériques à haut débit (disques durs externes, etc.).
1.
Alimentation +5V (VBUS) 100mA maximum
2.
Données (D-)
3.
Données (D+)
4.
Masse (GND)
Fonctionnement du bus USB
L’architecture USB a pour caractéristique de fournir l’alimentation électrique aux périphériques qu’elle relie, dans la limite
de 15 W maximum par périphérique. Elle utilise pour cela un câble composé de quatre fils (la masse GND, l’alimentation
VBUS et deux fils de données appelés D- et D+).
La norme USB permet le chaînage des périphériques, en utilisant une topologie
en bus ou en étoile. Les périphériques peuvent alors être soit connectés les uns à
la suite des autres, soit ramifiés.
La ramification se fait à l’aide de boîtiers appelés « hubs » (en français
concentrateurs), comportant une seule entrée et plusieurs sorties. Certains sont
actifs (fournissant de l’énergie électrique), d’autres passifs (alimentés par
l'ordinateur).
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La connectique : Port USB (suite)
Branchement de la prise USB du Hub dans un port USB de l’ordinateur
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La communication entre l’hôte (l’ordinateur) et les périphériques se fait selon un protocole (langage de communication) basé
sur le principe de l’anneau à jeton (token ring). Cela signifie que la bande passante est partagée temporellement entre tous les
périphériques connectés. L’hôte (l'ordinateur) émet un signal de début de séquence chaque milliseconde (ms), intervalle de
temps pendant lequel il va donner simultanément la « parole » à chacun d’entre eux. Lorsque l’hôte désire communiquer avec
un périphérique, il émet un jeton (un paquet de données, contenant l’adresse du périphérique, codé sur 7 bits) désignant un
périphérique, c'est donc l'hôte qui décide du « dialogue » avec les périphériques. Si le périphérique reconnaît son adresse
dans le jeton, il envoie un paquet de données (de 8 à 255 octets) en réponse, sinon il fait suivre le paquet aux autres
périphériques connectés.
Puisque l’adresse est codée sur 7 bits, 128 périphériques (2 7) peuvent être connectés simultanément à un port de ce type. Il
convient en réalité de ramener ce chiffre à 127 car l’adresse 0 est une adresse réservée.
Hub 4 ports
Hub 5 ports
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A raison d'une longueur de câble maximale entre deux périphériques de 5 mètres et d'un nombre maximal de 5 hubs
(alimentés), il est possible de créer une chaîne longue de 25 mètres !
La connectique : Clé USB
Les ports USB supportent le Hot plug and play. Ainsi, les périphériques peuvent être branchés sans éteindre l’ordinateur
(branchement à chaud, en anglais hot plug). Lors de la connexion du périphérique à l’hôte, ce dernier détecte l’ajout du
nouvel élément grâce au changement de la tension entre les fils D+ et D-. A ce moment, l’ordinateur envoie un signal
d’initialisation au périphérique pendant 10 ms, puis lui fournit du courant grâce aux fils GND et VBUS (jusqu’à 100mA). Le
périphérique est alors alimenté en courant électrique et récupère temporairement l’adresse par défaut (l’adresse 0). L’étape
suivante consiste à lui fournir son adresse définitive (c’est la procédure d’énumération). Pour cela, l’ordinateur interroge les
périphériques déjà branchés pour connaître la leur et en attribue une au nouveau, qui en retour s’identifie. L’hôte, disposant
de toutes les caractéristiques nécessaires est alors en mesure de charger le pilote approprié.
Notion de clé USB
Une clé USB (en anglais USB key) est un périphérique de stockage amovible de petit format pouvant être
branché sur le port USB d'un ordinateur.
SUITE
Une clé USB embarque dans une coque plastifiée un connecteur USB et de la mémoire flash, une mémoire à semiconducteurs, non volatile et réinscriptible, c'est-à-dire une mémoire possédant les caractéristiques d'une mémoire vive mais
dont les données ne se volatilisent pas lors d'une mise hors tension.
Ainsi une clé USB est capable de stocker jusqu'à plusieurs gigaoctets de données, tout en étant capable de conserver les
données lorsque l'alimentation électrique est coupée, c'est-à-dire lorsque la clé est débranchée.
Dans la pratique une clé USB est très pratique pour des utilisateurs nomades car elle est très facile à transporter et peut
contenir une grande quantité de documents et de données.
Par ailleurs, les cartes mères récentes permettent de booter sur des clés USB, ce qui signifie qu'il est désormais possible de
démarrer un système d'exploitation à partir d'une simple clé USB ! Pratique pour les utilisateurs souhaitant disposer de leur
environnement de travail où qu'ils soient ou pour amorcer et dépanner un système en cas de plantage !
La connectique :clé USB
caractéristiques
Caractéristiques
Les caractéristiques à prendre en compte lors du choix d'une clé USB sont les suivantes :
Baladeur MP3
- Capacité
- Taux de transfert : il s'agit de la vitesse de transfert des données. Il est à noter que le taux de transfert en lecture est
généralement différent du taux de transfert en écriture, car le processus d'écriture sur la mémoire flash est plus lent. Le
taux de transfert dépend de la vitesse en lecture et en écriture de la mémoire Flash, ainsi que de la version de la norme
USB supportée :
oUSB 1.1 (USB bas débit) pouvant atteindre 12 Mbit/s,
oUSB 2.0 (USB Haut débit ou Hi-speed) pouvant atteindre 480 Mbit/s. Il est important de noter que pour
pouvoir profiter pleinement de ce taux de transfert, la clé devra être branchée sur un port USB 2.0. Dans le cas
contraire (port USB 1.1), la clé fonctionnera à bas débit.
- Fonctionnalités de chiffrement : certaines clés proposent des outils permettant de crypter les données ou une partie
des données présentes sur la clé afin d'en renforcer leur confidentialité.
- Protection des données en écriture : sur certaines clés, un interrupteur matériel permet de mettre la clé en lecture
seule afin d'éviter la suppression ou la modification des données.
- Fonctions multimédias : lorsque la clé USB possède une prise casque et permet la lecture de fichiers audios
(généralement au format MP3), on parle alors de lecteur MP3 ou baladeur MP3.
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Notion de Pilote ou driver
Un ordinateur est constitué d'un assemblage de périphériques. Pour pouvoir contrôler chacun de ses périphériques, le
système d'exploitation a besoin d'une interface logicielle entre lui et le matériel, on appelle driver (pilote ou
gestionnaire de périphérique en français) chaque programme permettant au système d'exploitation de gérer le
matériel.
Le rôle du driver est de jouer l'intermédiaire entre le système et les cartes d'extension ou bien les périphériques externes, ...
Les drivers sont développés par les fabricants du matériel auquel ils correspondent. Toutefois, bien que votre matériel
(hardware) n'évolue pas (il n'est pas mutant :), il se peut que le fabricant du matériel fournisse quelques mois plus tard une
nouvelle version du driver... Le contraire serait même étonnant!
En effet, un logiciel contient constamment des bugs (erreurs logicielles), or ceux-ci ne peuvent parfois être décelés qu'après
un test auprès d'un grand nombre de personnes et les fabricants ont rarement le temps d'approfondir ce type de tests. De plus
avec l'évolution des matériels il arrive qu'un matériel qui était compatible avec "tous" les périphériques existants devienne
incompatible avec un type de matériel suite à son apparition ou son évolution.
Tant qu'un périphérique fonctionne, il est recommandé de ne pas essayer d'installer systématiquement
les derniers pilotes, à moins de connaître exactement les améliorations qu'il apporte où les erreurs qu'il
corrige !
Ainsi, une simple mise à jour de driver peut améliorer les performances d'un matériel avec un gain pouvant aller jusqu'à 10%
de performances en plus. Il faut toutefois savoir comment se procurer ces mises à jour, et comment les installer. Si vous
estimez qu'un de vos périphériques fonctionne correctement, il est préférable de ne pas essayer de mettre à jour son pilote :
Suite
Notion de Pilote ou driver (suite)
Le plug and play (PnP ou plug 'n play en abrégé) signifie littéralement "branchez et jouez". C'est une norme qui a été
mise au point pour simplifier la détection du matériel et leur installation. Il est basé sur le fait suivant: les cartes plug &
play contiennent un BIOS qui va communiquer un numéro unique (désignant le matériel) au démarrage de l'ordinateur,
et lui indiquer les ressources qu'il doit lui affecter. Au chargement du système d'exploitation, le BIOS va fournir ces
informations à l'OS (système d'exploitation qui doit être à la norme Plug and play lui aussi) qui va déterminer le driver
à utiliser...
A chaque démarrage de l'ordinateur, le BIOS de celui-ci scanne l'ensemble des périphériques connectés sur son bus
système, il les identifie et en analysant les besoins en ressources de chacun, il va allouer au mieux les ressources
disponibles (IRQ, DMA, ...) aux périphériques Plug'n'play, puis le gestionnaire de configuration tente de redresser
le tir en cas de conflit (deux périphériques auxquels on a alloué les mêmes ressources).
Les raisons vous poussant à mettre à jour vos pilotes sont les suivantes:
- remplacer un pilote standard par un pilote créé par le constructeur
- passer d'un pilote 16 bits à un pilote 32 bits (la communication avec ce matériel sera
alors plus rapide)
- remplacer un pilote pour Windows 95 par un pilote pour Windows 98 (si vous
possédez ce système) ou de Windows 98 pour Windows XP etc.
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