processeur fut

Formateur François PAYEMENT
Architecture des
ordinateurs
CATIC - 2010
Formateur CATIC
1
Objectifs du cours
 Comprendre la structure matérielle d’un
ordinateur
 Savoir choisir un ordinateur en fonction
d’un besoin
2
Plan
Historique
Représentation de l'information
Conversions
Codage d'une image
Architecture de l'ordinateur
La carte mère
Le socket
Le processeur
Le chipset
L'horloge et la pile du CMOS
Les connecteurs de mémoire vive
La mémoire vive
Les connecteurs d'extension
Les connecteurs des périphériques de stockage
Les connecteurs d'entrée / sortie
Ne pas oublier!
Surprise...
3
Introduction
Il aura fallu plusieurs millénaires avant de trouver un moyen pour transférer une
grande variété d'informations du monde réel, en des zéros et des uns formant le
code binaire, si naturellement compatible avec les composants électroniques. Aucune
autre machine au cours de l'histoire n'a si rapidement et si complètement transformé
le monde.
De Galilée à l'ère informatique, la route fut longue et tortueuse. C'est
pratiquement en fin de parcours que les scientifiques perçoivent à l'horizon un monde
fabuleux. L'ordinateur est maintenant utilisé dans à peu près tous les domaines...
Nous verrons dans une première partie quelques grandes dates de son histoire
suivi par l'immersion dans le monde de l'information (représentation, codage et
traitement).
Dans la seconde partie, nous entrerons dans le vif du sujet avec l'architecture
de l'ordinateur centré sur la carte mère et de ses composants.
Attachez vos ceintures... c'est parti...
4
Historique
1ière génération
1642
1854
Algèbre
de Boole
1904
1938
1943
Thèse de Shannon
BInary digiT
{BIT}
2ième génération
1946
1947
Traiter les
additions et
soustractions
Tube à vide
1960
1971
1976
1981
Invention
du Transistor
John Fleming invente
Pascaline
1958
3ième génération
ASCC
Mark I
Création
de l'ENIAC
En 1970,
Intel créee
la 1ere
Circuit
puce mémoire IBM PC
Intégré
***
Par
Intel 4004
Apple I par
Texas Instruments
Steve Wozniak
IBM 7000
5
Représentation de
l'information
– Base 10 – Décimal
• 10 symboles [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ]
– Base 2 – Binaire
• 2 symboles [ 0 1 ]
– Base 16 – Hexadécimal
• 16 symboles [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F ]
6
Conversion : Binaire → Décimal
On additionne les poids associés à chaque symbole.
Un octet est composé de 8 BITS et un BIT peut prendre la valeur 0 ou 1
Exemple :
16 8
4
2
1
2^4 2^3 2^2 2^1 2^0
2 2 2 2 2
4
3
2
1
0
( 0 1 1 0 1 )2
= 1+ 4 + 8 = (13)10
Lorsque nous avons fait le calcul des exposants, il ne nous reste plus qu'à
additionner les chiffres correspondants à la valeur 1 pour obtenir le décimal.
Exercice : réaliser la conversion du binaire (11100)2 en décimal
Résultat :
16 8
4
2
1
2 2 2 2 2
4
3
2
1
0
(1 1 1 0 0 )2
2^4 2^3 2^2 2^1 2^0
=
4+8+16 = (28)10
7
Conversion Décimal → Binaire
On effectue des divisions successives par 2
Exemple :
(55)10
55 2
1 27 2
(55)10 = (110111)2
1 13 2
1 6 2
0 3 2
1 1
8
Codage des caractères
Pour permettre l'échange d'informations notamment entre une personne et un
ordinateur on utilise une convention appelée ascii (on dit aski) (american
standard code for information interchange).
Caractères
spéciaux
Chiffres
Lettres
9
Mot binaire et Notations
Une quantité déterminée de bits manipulés à la fois par l'ordinateur est appelée un
mot binaire.
À l'instar de la langue française, dans l'ordinateur on retrouve des mots de différentes
tailles notamment 8, 16, 24, 32, 48, 64 et 128 bits.
Un groupe de 8 bits est appelé octet (byte).
Généralement l'octet est la base pour représenter un caractère à l'intérieur de la
machine.
•1 octet (+- byte) = 8 bits
•1 kilo = 210 = 1024 octets
•1 Méga = 220 = 1 048 476 octets = 1024 ko
10
Exemple : Codage d’une image
Image matricielle
= matrice de points élémentaires
= PIcture ELement = pixel
→ Chaque pixel est codé en binaire sur un certain nombre de bits
11
Image → noir et blanc
Chaque pixel est codé sur 1 bit :
•0 = blanc
•1 = noir
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
0
36 bits
303 pixels
0
303 pixels
303 x 303 x 1 bit = 91809 bits
→ Chaque pixel est codé en binaire sur un certain nombre de bits
12
Image → niveaux de gris
•Chaque pixel est codé sur plusieurs bits.
•
•Si on encode sur 8 bits = 1 pixel = 1 octet.
303 x 303 x 1 octet = 91809 octets
= 734 472 bits
303 pixels
303 pixels
13
Image → couleur 24-bit
•Code RVB : Rouge – Vert – Bleu.
•
•Chaque couleur est codée sur 8 bits.
•
•La couleur du pixel est l'association des trois primaires.
•
•Chaque pixel est codé sur 24-bit (true color – 24 bits par couleur).
303 x 303 x 3 octets
= 275 424 octets
= 2 203 392 bits
303 pixels
303 pixels
14
Traitement de l'information
•
•Le traitement se réalise sur une base :
•
•
Arithmétique qui se présente sous forme :
+Addition
-Soustraction
*Multiplication
%Division
Logique :
Combinatoire
Séquentielle
•
15
Architecture de
l'ordinateur
L'ordinateur correspond à un assemblage de composants (circuits électroniques)
permettant de manipuler des données sous forme binaire (bits).
Le mot « ordinateur » provient de la société IBM France.
On parle de « hardware » pour désigner l'ensemble des éléments matériels de
l'ordinateur et de « software » pour désigner la partie logicielle.
Les performances de la machine sont liées à l'ensemble des composants, de leur
compatibilité et de leur niveau d'aptitude à fonctionner correctement ensemble. C'est
pourquoi il est préférable d'avoir un ensemble ayant une bonne compatibilité à tous
les niveaux plutôt qu'une machine avec le dernier processeur et le reste de ses
composants de mauvaise qualité!
Les composants matériels de l'ordinateur sont architecturés autour d'une carte
principale comportant quelques circuits intégrés et beaucoup de composants
électroniques tels que condensateurs, résistances, etc. Tous ces composants sont
soudés sur la carte et sont reliés par les connexions du circuit imprimé et par un
grand nombre de connecteurs :
Cette carte est appelée CARTE MERE
16
La carte mère
La carte mère (en anglais « mainboard » ou « motherboard ») est le
composant de l'ordinateur qui dirige et organise le fonctionnement de tous les autres
composants. Elle est en quelque sorte la « colonne vertébrale » de votre PC.
La carte mère gère l'ensemble du matériel connecté à l'ordinateur afin que le
processus d'analyse et de réponse puisse fonctionner correctement et soit organisé.
De forme rectangulaire, la carte mère est un ensemble de circuits imprimés, de
connecteurs, de piles, de jumpers, etc ... implanté sur une carte en plastique ou en fibre
de verre.
Il existe différents formats, mais le plus courant est le format ATX, c'est celui que
l'on trouve dans la plupart des ordinateurs actuels.
ATX est un format physique de carte mère, mesurant au maximum 30 cm sur 25
cm. Ce format dépendra de celui du boîtier dans lequel sera installée la carte mère, ainsi
que de l'alimentation électrique.
17
La carte mère de PC - 1983
Cette carte de PC comporte un processeur Intel 8086. A part quelques rares composants
18
spécifiques elle utilise des circuits intégrés classiques (portes logiques (série 74LSxx)).
La fréquence de base du bus est de 4,77Mhz
La carte mère de PC - 1998
Cette carte mère pour Pentium II utilise un bus de données allant jusqu'à 100Mhz.19Son
format et l'emplacement des connecteurs sont normalisé (format ATX).
La carte mère de PC - 2008
20
21
Socket ou slot du processeur
La carte mère possède un emplacement (parfois plusieurs dans le cas de cartes mères multiprocesseurs) pour accueillir le processeur, appelé support de processeur. On distingue deux
catégories de supports :
•
Slot (en français fente) : il s'agit d'un connecteur rectangulaire dans lequel on enfiche le
processeur verticalement.
•
Socket (en français embase) : il s'agit d'un connecteur carré possédant un grand nombre de
petits connecteurs sur lequel le processeur vient directement s'enficher.
22
Le processeur
Le processeur (aussi appelé microprocesseur, CPU, pour Central Processing
Unit) est le cerveau de l'ordinateur. Il exécute les programmes grâce à un jeu
d'instructions. Le processeur est caractérisé par sa fréquence, c'est-à-dire la cadence à
laquelle il exécute celles-ci. Ainsi, un processeur cadencé à 800 MHz effectuera
grossièrement 800 millions d'opérations par seconde.
Une carte mère peut accueillir plusieurs processeurs selon l'utilisation que l'on veut
en faire. Pour une utilisation personnelle, le nombre de processeur est généralement
d'un seul, mais pour un usage professionnel, certaines cartes mères de serveur peuvent
contenir plusieurs processeurs ; plus le nombre de processeurs est important, plus le
nombre d'informations et la rapidité de traitement de ces informations seront
importants.
Attention à ne pas confondre le nombre de processeurs avec la technologie Double
Coeur (processeur équipé de deux coeurs qui travaillent en parallèle).
La différence majeure entre les processeurs à double cœur et les ordinateurs
utilisant plusieurs processeurs est qu'un processeur double cœur n'est en fait qu'un seul
processeur, qui lui, finalement, contient deux cœurs avec un système de mise en
commun, alors qu'un ordinateur biprocesseurs a deux processeurs distincts.
23
Le processeur (suite)
La fréquence : elle se mesure en Mégahertz (MHz) et en Gigahertz (GHz). Cette
fréquence correspond au nombre de calculs que peut effectuer votre processeur en une
seconde (ainsi, un processeur à 3Ghz fera 3 milliards de calculs en une seconde).
Cependant, les architectures des processeurs étant différentes, la performance ne
dépend donc pas toujours de cette fréquence.
La mémoire cache (également appelée antémémoire ou mémoire tampon) est une
mémoire rapide permettant de réduire les délais d'attente des informations stockées en
mémoire vive. Les ordinateurs récents possèdent plusieurs niveaux de mémoire cache
(L1 / L2 / L3).
Dans la mesure où le processeur rayonne thermiquement, il est nécessaire d'en
dissiper la chaleur pour éviter que ses circuits ne fondent. C'est la raison pour laquelle il
est généralement surmonté d'un dissipateur thermique (appelé parfois refroidisseur
ou radiateur).
Le terme « ventirad » est ainsi parfois utilisé pour désigner l'ensemble Ventilateur
+ Radiateur. Pour éviter les bruits liés au ventilateur et améliorer la dissipation de
chaleur, il est également possible d’utiliser un système de refroidissement à eau (dit
watercooling).
24
Le chipset
C'est un composant intégré à la carte mère, son rôle est de coordonner les
échanges de données entre les divers composants ressources du PC
(interface de bus du processeur, mémoire cache et mémoire vive, slots
d'extension,...).
Dans la mesure où le chipset est intégré à la carte mère, il est important de
choisir une carte mère intégrant un chipset récent afin de maximiser les possibilités
d'évolutivité de l'ordinateur.
Certains chipsets intègrent une puce graphique ou une puce audio, ce qui
signifie qu'il n'est pas nécessaire de les installer. Il est parfois conseillé de les
désactiver (lorsque cela est possible) dans le setup du BIOS et d'installer des cartes
d'extension de qualité dans les emplacements prévus à cet effet.
25
L'horloge et la pile du CMOS
Lorsque l'ordinateur est mis hors tension, l'alimentation cesse de fournir du courant
à la carte mère. Or, lorsque l'ordinateur est rebranché, le système est toujours à l'heure.
Un circuit électronique, appelé CMOS (Complementary Metal-Oxyde Semiconductor,
parfois appelé BIOS CMOS), conserve en effet certaines informations sur le système, tels
que l'heure, la date système et quelques paramètres essentiels de celui-ci.
Le CMOS est continuellement alimenté par une pile (au format pile bouton) ou une
batterie située sur la carte mère. Ainsi, les informations sur le matériel installé dans
l'ordinateur (exemple le nombre de pistes, de secteurs de chaque disque dur) sont
conservées dans le CMOS.
Note sur le BIOS :
Le BIOS (Basic Input/Output System) est le programme
basique servant d'interface entre le système d'exploitation et
la carte mère.
Le BIOS est stocké dans une ROM (mémoire morte, c'est-à-dire
une mémoire en lecture seule), ainsi il utilise les données contenues
dans le CMOS pour connaître la configuration matérielle du système.
26
Les connecteurs (slots) de
mémoire vive
Ils accueillent les barrettes de mémoire vive ou RAM (Random Access Mémory). En
général, il y a au minimum deux slots mémoires et quatre au maximum sur une carte
mère standard.
27
La mémoire vive
La mémoire vive ou RAM (Random Acces Memory) est essentielle au bon
fonctionnement de l'ordinateur car elle permet de stocker des informations pendant tout
le temps de fonctionnement de la machine. Son contenu est par contre détruit dès lors
que l'ordinateur est éteint ou redémarré, contrairement à une mémoire de masse tel que
le disque dur, capable de garder les informations même lorsqu'il est hors tension.
C'est une Mémoire qui peut être lue et écrite. Elle doit rester sous tension pour
conserver les informations à la différences des mémoires de type ROM (Read Only
Memory - mémoire n'autorisant que la lecture).
Attention, les barrettes de RAM ne sont pas la seule source de mémoire vive dans
un ordinateur ; certains éléments matériels peuvent aussi en contenir pour ne pas
utiliser celle qui se trouve sur les barrettes.
La barrette se caractérise par son format, le nombre de broches, sa fréquence, son
débit et sa capacité de stockage.
28
La mémoire vive
Suite et fin
Choisir de l'ECC ou de la NON-ECC ?
Les barrettes de mémoire ECC (Error Correction Coding) sont des mémoires qui
possèdent plusieurs bits dédiés à la correction d'erreur (on les appelle ainsi bits de
contrôle). Ces barrettes, utilisées principalement dans les serveurs, permettent de
détecter les erreurs et de les corriger.
Single, Dual ou Triple Channel ?
Certains contrôleurs mémoire proposent un double canal (en anglais Dual Channel)
pour la mémoire. Il s'agit d'exploiter les modules de mémoire par paire afin de cumuler
la bande passante et ainsi exploiter au maximum les capacités du système. Il est
essentiel, lors de l'utilisation du Dual Channel, d'utiliser des barrettes identiques par
paire (fréquence, capacité et préférentiellement de même marque).
29
Les formats des barrettes
mémoire
Le DIMM (pour Dual Inline Memory Module) est un format de barrette mémoire
vive qui fut utilisé sur les ordinateurs à la suite du format SIMM. Ce format est exploité
par les mémoires SDRAM et DDR SDRAM. La spécificité d'un format DIMM (Dual Double)
réside dans la disposition des contacts électriques de la carte électronique que constitue
la barrette mémoire.
Il existe une version SO-DIMM (SO pour Smal Outline) destinée aux portables.
Dans les modules SIMM (Single Simple), les contacts sont électriquement les
mêmes sur les 2 faces de la carte de la barrette, alors que dans un module DIMM ceux-ci
sont électriquement séparés sur chacune des 2 faces.
Le format DIMM par rapport au format SIMM permet donc de multiplier par 2 le
nombre de contacts, pour un même connecteur.
RIMM pour Rambus Inline Memory Module, aussi appelé RD-RAM ou DRD-RAM,
développé par la société Rambus, elle possède 184 broches. Il existe une version SORIMM (SO pour Smal Outline) destinée aux portables.
30
Les types des barrettes
mémoire (partie 1)
DRAM (Dynamic RAM) : c'est un type de mémoire dynamique, différent de la RAM
statique. Elle est mobile, c'est-à-dire qu'on peut la remplacer. C'est un modèle mémoire
qui est très répandu depuis les années 1980. Il s'agit d'une mémoire dont les transistors
sont rangés dans une matrice selon des lignes et des colonnes. Un transistor, couplé à
un condensateur donne l'état du bit correspondant (0 ou 1).
* Fast Page Mode (DRAM FPM - 1987)
Elle avait un temps d'accès compris entre 60 et 90ns (relativement lent), elle fut le
standard jusqu'à l'apparition des cartes mères Pentium qui exigent des performances
accrues et un système 32 bits.
* DRAM EDO (DRAM Extended Data Out)
C'est une variante de la mémoire DRAM. Elle est apparue en 1995. On adresse la
colonne suivante pendant la lecture des données, ce qui permet de gagner du temps sur
un cycle. Le temps d'accès à la mémoire EDO est donc de 50 à 60 ns pour une fréquence
de fonctionnement allant de 33 à 66 MHz.
31
Les types des barrettes
mémoire (partie 2)
* SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) : c'est une
variante de DRAM et elle est apparue en 1997. Elle permet une lecture des données
synchronisée avec le bus de la carte mère, contrairement aux mémoires EDO et FPM qui
pouvaient être asynchrones (ne travaillant pas à la même vitesse).
La SDRAM permet donc de supprimer les temps d'attente dûs à la synchronisation
avec la carte mère, et permet d'avoir des temps d'accès de 10 ns. Elle existe en
différentes versions : PC66 (prévue pour fonctionner à 66 MHz maximum), PC100
(fonctionne à 100 MHz) et PC133 (fonctionne à 133 MHz). Elle possède 168 broches et
un second détrompeur (à la différence de la SDRAM-DDR), pour une dimension de
133x25 mm.
32
Les types des barrettes
mémoire (partie 3)
*DR-SDRAM (Direct Rambus SDRAM ou RDRAM) : c'est une mémoire 64
bits développée par la société américaine Rambus en 1999 et première mémoire de type
DDR. Elle permet de transférer les données à 1.6 Go par seconde par l'intermédiaire d'un
bus de 16 bits de largeur avec une fréquence de 800 MHz. Elles équipaient pendant un
moment les Pentium 4 de première génération et 500 millions de barrettes sont encore
en fonctionnement en 2008.
Elles sont ni au format SIMM ni au format DIMM, mais au format RIMM (Rambus
Inline Memory Module). Elles possèdent 184 broches, ces barrettes ont deux encoches de
repérage (détrompeurs). Compte tenu de leur vitesse de transfert élevée, les barrettes
RIMM possèdent un film thermique, chargé d'améliorer la dissipation de la chaleur ou un
radiateur aluminium.
33
Les types des barrettes
mémoire (partie 4)
* SDRAM-DDR (SDRAM Double Data Rate)
C'est une variante de SDRAM. Elle prend en compte les flux montants et
descendants du bus système, cela permet de doubler le taux de transfert. Elle permet de
doubler la vitesse de la mémoire sans pour autant augmenter la fréquence de l'horloge.
Sa fréquence varie entre 200 et 600 MHz, pour un débit allant de 1,5 à 4,5 Go/s.
* SDRAM-DDR2 (SDRAM Double Data Rate 2)
C'est une variante de SDRAM. La mémoire DDR2 permet d'atteindre des débits deux
fois plus élevés que la DDR à fréquence externe égale. On parle de QDR (Quadruple Data
Rate) pour désigner la méthode de lecture et d'écriture utilisée. La mémoire DDR2 utilise
deux canaux séparés pour la lecture et pour l'écriture, elle est donc capable
d'envoyer/recevoir deux fois plus de données que la DDR.
Sa fréquence varie entre 400 et 1200 MHz, pour un débit allant de 3,2 à 9,6 Go/s.
34
Les types des barrettes
mémoire (partie 5)
* SDRAM-DDR3 (SDRAM Double Data Rate 3) : Troisième génération de
mémoire DDR, elle est apparue en 2007 et mise sur le marché par Intel. Sur la mémoire
DDR3, la fréquence du bus est quadruplée ce qui a comme conséquence, qu'une
mémoire avec une fréquence d'horloge de 200 MHz pourra transférer 1600 millions de
bits par seconde. Cette génération de mémoire rajoute aussi un voltage moins élevé tout
en augmentant la bande passante à fréquence mémoire égale.
Sa fréquence varie entre 400 et 1800 MHz,
pour un débit allant de 6,4 à +15 Go/s.
La SDRAM-DDR4 qui a été présentée en 2008
et qui ne faut pas confondre avec le GDDR4
devrait arriver sur le marché d'ici 2010 !
Et que dit la XDR-DRAM
(eXtreme Data Rate-Dynamic Ramdom Acces Memory)?
35
Les connecteurs d'extension
(partie 1)
Les connecteurs d'extension (en anglais slots) sont des réceptacles dans
lesquels il est possible d'insérer des cartes d'extension, c'est-à-dire des cartes offrant de
nouvelles fonctionnalités ou de meilleures performances à l'ordinateur. Ces éléments
peuvent communiquer entre eux grâce au maître d'œuvre qui se nomme : « Bus de
contrôle ». Celui-ci transmet un certain nombre de signaux de synchronisation qui
assurent au micro-processeur et aux différents périphériques en ligne un fonctionnement
harmonieux.
Il existe plusieurs sortes de connecteurs :
Connecteur ISA (Industry Standard Architecture) : Au cours des années 80, le
port ISA a été le connecteur standard de l'industrie informatique. Fin 1999, seuls
quelques modems, des cartes de port parallèle ou série, … utilisent encore ce type de
connecteur.
Il est remplacé par le bus PCI plus rapide.
Connecteur EISA (Extended Industry Standard Architecture) est présenté
comme une suite au bus ISA.
Connecteur VLB (Vesa Local Bus) :
est une évolution de l'ISA.
36
Les connecteurs d'extension
(partie 2)
Connecteur PCI (Peripheral Component InterConnect) : permet de connecter
des cartes PCI, beaucoup plus rapides que les cartes ISA et fonctionnant en 32-bit.
Connecteur AGP (Accelerated Graphic Port) : Le bus PCI est vite devenu trop
lent pour les cartes écrans ce qui a conduit Intel à développer un bus spécifique, l'AGP.
4 modes de fonctionnement (1X 2X 4X et 8X) permettent d'atteindre en 8X une
fréquence à 266 Mhz. Seule réelle avancée, le transfert atteint en théorie jusqu'à 2,13
GB/s.
Par comparaison, le bus ISA ne fait que
16 MB/s et le bus PCI 132 MB/s.
37
Les connecteurs d'extension
(partie 3)
Connecteur PCI Express (Peripheral Component InterConnect Exress)
Architecture de bus plus rapide que les bus AGP et PCI. Son avantage est d’être
dérivé de la norme PCI, ce qui permet aux différents constructeurs d’adapter très
simplement leurs cartes d’extension existantes, puisque seule la couche matérielle est à
modifier.
D’autre part, il est suffisamment rapide pour pouvoir remplacer non seulement le
PCI classique mais aussi l’AGP, un port rapide pour cartes graphiques. On parle de ports
PCIe x1, x2, x4, x8, x16 et x32 pour différencier les ports en fonction du nombre de
connecteurs de ligne dont ils disposent (respectivement 1, 2, 4, 8, 16 ou 32 lignes
maximum).
C'est en 2007 que le PCI express 2.0 apparait en permettant le doublement du
débit de données bi-directionnel soit 500Mo/s.
Port PCI Express (de haut en bas : ×4, ×16, ×1 et ×16), comparé au
traditionnel Port PCI 32-bit (en bas)
38
Les connecteurs d'extension
(partie
4)
Les Connecteurs AMR, CNR ET ACR
1. Le connecteur AMR (Audio Modem Riser) : ce type de connecteur Intel
permet de brancher des mini-cartes modem ou son sur les PC.
2. Le connecteur ACR (Advanced Communications Riser) : Ce connecteur fût
crée au début l'année 2000 en tant que nouveau standard de communication.
3. Le connecteur CNR (Communication and Network Riser) : Évolution du
connecteur AMR pour petites cartes modem, son et réseau.
le PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Assosciation) est
utilisé dans les ordinateurs portables. Remarquez que quelques cartes pour PC
bureautiques permettent d'insérer de telles cartes dans le PC. Ceci est utilisé notamment
pour des "cartes de crédit" de reconnaissance personnelles anti-piratage.
39
Les connecteurs des périphériques
de stockage (partie 1)
* L'interface ATA
Le standard ATA (Advanced Technology Attachment) est une interface standard
permettant la connexion de périphériques de stockage sur les ordinateurs de type PC. Le
standard ATA a été mis au point le 12 mai 1994 par l'ANSI (document X3.221-1994).
Malgré l'appellation officielle "ATA", ce standard est plus connu sous le terme
commercial IDE (Integrated Drive Electronics) ou Enhanced IDE (EIDE ou E-IDE).
Le standard ATA est normallement prévu pour connecter des disques durs, toutefois
une extension nommée ATAPI (ATA Packet Interface) a été développée afin de pouvoir
interfacer d'autres périphériques de stockage (lecteurs de CD-ROM, lecteurs de DVDROM, etc) sur une ATA.
l'Ultra DMA (parfois noté UDMA) a été pensé dans le but d'optimiser au maximum
l'interface ATA. Les derniers disques durs utilisent la version ATA7 (ultra DMA 6, ultra
DMA 133 (133 Mo/s).
Il est plus petit que ceux de gauche!
Mais que peut-il accueillir ?
40
Les connecteurs des périphériques
de stockage (partie 2)
* L'interface SATA
Le standard Serial ATA (S-ATA ou SATA) est un bus standard permettant la
connexion de périphériques de stockage haut débit sur les ordinateurs de type PC.
Il est apparu en février 2003 afin de pallier aux limitations de la norme ATA (plus
connue sous le nom "IDE" et rétro-activement appelée Parallel ATA).
Les câbles et périphériques à la norme S-ATA peuvent notamment être reconnus
par la présence du logo SATA. D'autre part, la norme Serial ATA permet le
raccordement à chaud des périphériques (Hot Plug).
L'organisme Serial ATA International Organization (SATA IO) a donné les
spécifications techniques du dernier né SATA : le SATA 6Gb/s en mai 2009. Chaque
révision de la norme SATA a fait doubler le débit maximal théorique :
* SATA-1 = 1,5Gb/s (env. 150Mo/s)
* SATA-2 = 3 Gb/s (env. 300Mo/s)
* SATA 6Gb/s (terme choisi à la place de SATA-3) = 6Gb/s (env. 600Mo/s)
41
Les connecteurs des périphériques
de stockage (partie 2)
* La norme eSATA
Elle est similaire à la norme SATA, à la différence près qu’elle est destinée à la
connexion de disques externes (vous trouverez sur les cartes mères récentes un port
eSATA à l’arrière de celles-ci).
Il est donc possible de trouver des boîtiers externes eSATA offrant des débits
similaires à ceux des disques durs internes (beaucoup plus performants donc que les
boîtiers USB classiques).
42
Les connecteurs d'entrée / sortie
Un ordinateur a besoin d'échanger des informations avec ses périphériques. Le
connecteur d'entrée pour bancher le clavier ou le connecteur de sortie pour l'affichage
vidéo est indispensable.
L'ordinateur communique avec le monde extérieur obligatoirement à
travers ses ports d'entrées-sorties.
Les ports d'entrée-sortie sont donc 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).
43
Les connecteurs d'entrée / sortie
(Partie 1)
* Le port Série
Il est généralement utilisé avec une souris ou un modem. Ce port a l'avantage
d'être compact et de ne posséder que quelques signaux utiles. Plus difficile à mettre en
œuvre que le port parallèle, la prise série se révèle cependant plus puissante et plus
universelle.
Un port de communication de type série à la norme RS-232 (appelé aussi EIA RS232C) est utilisé pour communiquer avec des périphériques comme la souris, le Modem,
etc. Sur les systèmes d'exploitation MS-DOS et Windows, les ports RS-232 sont désignés
par les noms COM1, COM2, etc. Ce sont les " ports COM".
Il existe deux types de prises séries, la DB9 et la DB25. Ces deux prises sont à pins
et sont de forme trapézoïdale. La DB9 possède 9 pins, elle est généralement utilisée pour
la connexion d’une souris ou d’un modem. La DB25 possède 25 pins pour l'imprimante.
Un PC est généralement vendu avec 2 prises sérielles, le COM1, généralement une
DB9 et le COM2 de type DB9 ou DB25. En fait, le PC supporte jusqu’à 4 COM.
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Les connecteurs d'entrée / sortie
(Partie 2)
* Le port parallèle
Le Port parallèle associé à l'interface parallèle Centronics (ou LPT pour Line Printing
Terminal) est un connecteur situé à l'arrière des ordinateurs compatibles PC reposant sur
la communication parallèle.
Ce type de communication est nettement plus rapide que celui d’un port série. Le
principal défaut de celui-ci est que de longs câbles ne peuvent être utilisés sans
l’adjonction d’un amplificateur de signal en ligne. En effet, la longueur officielle est
limitée à trois mètres sans perte de données.
La prise standard d’un port parallèle est la DB25 ou la prise trapézoïdale à 25
broches
(DB-25) 25 broches
Centronics 36 broches
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Les connecteurs d'entrée / sortie
(Partie 3)
* Le port USB
L'Universal Serial Bus U.S.B est un bus informatique plug-and-play à transmission
série servant à brancher des périphériques informatiques à l'ordinateur. Co-développé
par sept compagnies (Compaq, Digital, IBM, Intel, Microsoft, NEC et Northern Telecom),
il est devenu le port universel des ordinateurs.
L'USB a été conçu au milieu des années 1990 (1994) afin de remplacer les
nombreux ports externes d'ordinateur lents et incompatibles. Les différentes normes
existantes sont :
- USB 1.0 en fin 1994
- USB 1.1 en 1998 (12 Mbits/s soit 1,5 Mio/s, vitesse maximum théorique, 1 Mo/s
réel.)
- USB 2.0 en 2000 (480 Mbits/s soit 60 Mio/s, théorique.)
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Les connecteurs d'entrée / sortie
(Partie 3 – Suite USB)
* Le port USB (suite)
- USB 3.0 en 2008 (4,8 Gbits/s soit 615 Mio/s, théorique).
- Wireless USB : Le WUSB étend la portée maximale des échanges à 10 mètres
contre 5 mètres en USB. (480 Mbit/s (60 Mio/s) à 3 mètres puis 110 Mbit/s (13,75
Mio/s) à 10 mètres.
Hot plug : l'usb peut être branché à chaud.
Il y a plusieurs types de prises :
l'USB type A : le plus courant.
L'USB type B : plus petit et souvent présent sur les imprimantes, scanners, etc.
Le mini USB (type A) : souvent sur baladeurs et appareils photos.
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Les connecteurs d'entrée / sortie
(Partie 4)
* Le FIREWIRE (IEEE 1394)
Le bus IEEE 1394 (nom de la norme à laquelle il fait référence) a été mis au point
à la fin de l’année 1995 afin de fournir un système d’interconnexion permettant de faire
circuler des données à haute vitesse en temps réel. La société Apple lui a donné le nom
commercial « Firewire », qui est devenu le plus usité. Sony lui a également donné le
nom commercial de i.Link, tandis que Texas Instrument lui a préféré le nom de Lynx.
Hot plug : le firewire peut être branché à chaud.
Deux types de connecteurs :
Normal :
Mini :
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Les connecteurs d'entrée / sortie
(Partie 5)
* Le port RJ 45
Le port Ethernet ou Lan (Local Area Network) qui permet le raccordement des
ordinateurs à un réseau est reconnaissable par la présence d'un connecteur RJ-45.
On utilise le connecteur RJ-45 dans le câblage Ethernet, mais aussi comme
connecteurs de téléphones de bureaux et pour les applications de réseaux informatiques
comme l'ISDN (RNIS « Réseau Numérique à Intégration de Services ») et les T1 (lignes
louées).
Un câblage Ethernet 10/100 Mbit/s, utilise quatre broches (soit les 2 paires 1 et
2) d'un connecteur RJ-45. Les broches 1-2 et 3-6 sont seulement utilisées pour
transmettre les informations.
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Les connecteurs d'entrée / sortie
(Partie 5 - suite RJ45)
* Le port RJ 45 (suite)
Un câblage Ethernet en 1 Gbit/s (1 000 Mbit/s), utilise les 8 broches du connecteur
RJ-45.
Suivant les cas on utilise des câbles droits ou des câbles croisés.
Note : Vous pouvez encore trouver des ports RJ 11 servant au branchement
classique d'un modem téléphonique, fax, xDSL.
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Les connecteurs d'entrée / sortie
(Partie 6)
* Le port PS/2
Le port PS/2 (personal System/2) ou port Mini-din est un port de connexion de
dimensions réduites pour souris ou clavier, apparu avec les ordinateurs IBM PS/2 vers
1987. Un code de couleur permet de différencier les prises : violet pour le clavier et vert
pour la souris.
Il est fortement déconseillé de brancher ou débrancher à chaud
du matériel sur un port PS/2 car cela peut amener à la
détérioration de la carte mère.
* Le port IRDA
Le port Infrarouge irDA (Infrared Data Association) permet à un ordinateur de
communiquer avec d'autres dispositifs qui utilisent la technologie infrarouge.
Pratiquement tous les portables ont ce type de port qui peut être fort utile pour
échanger des données avec un téléphone portable ou PAD etc...
Si votre ordinateur ne possède pas de port infrarouge, il est possible d'ajouter sur la
carte mère ou sur un port série un port IRDA.
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Les connecteurs d'entrée / sortie
(Partie 7)
* Les prises audio : (entrée Line-In, sortie Line-Out et microphone), permettant
de connecter des enceintes acoustiques ou une chaîne hi fi, ainsi qu'un microphone.
Prise d'entrée audio, permet de brancher une source audio sur l'ordinateur.
Prise microphone, permet de brancher un micro sur l'ordinateur (fiche de 3,5
mm).
Prise de sortie audio, permet de brancher des haut-parleurs, un casque, etc,
sur l'ordinateur.
Prise de sortie audio S/PDIF, permet de bénéficier du son Dolby Digital 5.1.
* Le port jeu ou Joystick
Présent sur les cartes sons, ce connecteur pour joystick et
manettes de jeu est aujourd'hui abandonné au profit de l'USB.
Il pouvait également servir pour certains branchements d'instruments
midi (via un adaptateur), d'où sa présence sur la carte son.
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Les connecteurs d'entrée / sortie
(Partie 8)
* Les principaux connecteurs vidéo
- La sortie VGA (Analogique)
Les cartes graphiques sont la plupart du temps équipées de connecteurs D-sub de
haute densité à 15 broches (connecteur VGA), ou de connecteurs miniatures Mini-VGA .
(Mini Sub-D, composé de 3 séries de 5 broches), permettant notamment la connexion
d'un écran.
Nous pouvons aussi citer en flux analogique : la sortie vidéo composite et S-vidéo
(téléviseur et magnétoscope).
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Les connecteurs d'entrée / sortie
(Partie 8 – suite vidéo)
* Les principaux connecteurs vidéo (suite)
- La sortie DVI (Numérique)
Le DVI-D (D pour digital) transmet uniquement un signal numérique (digital est
le nom anglais). Il peut être single link ou dual link, selon la quantité de données
transmises. Les dual link envoient d'autres signaux RVB en même temps, pour des
résolutions plus hautes.
En comparaison, le port DVI-A (analogique) parait bien édenté. Il ne transmet
qu'un signal analogique, et n'est qu'un port VGA déguisé en DVI, avec le brochage
adéquat.
- La sortie HDMI (Numérique)
Cette interface numérique transmet des signaux audio et vidéo. Elle remplacera les
interfaces péritel et s-video et peut servir pour de la haute définition et du son multi
canal.
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Les connecteurs d'entrée / sortie
Fin et plus...
L'ordinateur est une machine à traiter l'information. Mais, pour que cette machine
soit utile, il faut qu'elle soit équipée de dispositifs permettant d'introduire l'information et
de la récupérer après traitement.
Ces dispositifs s'appellent : périphérique d'entrée et périphérique de sortie.
L'information devenant de plus en plus multimédia, et les applications de
l'informatique de plus en plus nombreuses, les périphériques d'entrée et de sortie sont
de plus en plus variés.
L'information en cours de traitement est stockée sur le disque dur de l'ordinateur.
Comme ce disque n'est pas à l'abri des pannes, il est fortement conseillé de dupliquer
l'information sur un périphérique de sauvegarde.
Lorsque le traitement est terminé, il peut être intéressant de garder une trace du
résultat sous forme numérique : on utilise pour cela un périphérique d'archivage. La
sauvegarde et l'archivage sont effectués sur un périphérique de stockage.
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Les connecteurs d'entrée / sortie
Fin et plus suite...
Certaines interfaces sont d'usage courant. Ainsi, tout micro-ordinateur possède au
minimum de quoi raccorder un clavier, une souris et une imprimante.
Une interface peut aussi être spécifique d'un périphérique particulier : on dit qu'elle
est propriétaire ou dédiée. Elle est alors livrée avec le périphérique, sous forme d'une
carte à enficher sur un connecteur qui est situé sur la carte-mère de la machine, et qui
est directement relié au bus de cette dernière.
L'interface SCSI (Small Computer System Interface) a été conçue pour éviter la
prolifération des interfaces propriétaires. C'est une interface normalisée, permettant de
relier, simultanément et en série, plusieurs périphériques à un même micro-ordinateur.
Sur la plate-forme PC, l'interface SCSI n'est pas livrée avec la machine. Pour en
bénéficier, il faut installer une carte d'interface. Sur Apple, il est intégrée à la carte mère.
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Ne pas oublier!
* Les prises usb interne
* La prise alimentation ATX
* Les prises pour ventilateurs
Les différents types de périphériques :
* Affichage (moniteur)
* Stockage (HDD, cd-rom, dvd-rom, lecteur de disquette, clé
usb,...)
* Acquisition vidéo ou numérisée (scanner)
* Entrée (clavier, souris)
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Vous savez maintenant quel connecteur ou port de la carte mère accueille tel ou
tel périphérique.
Travail Pratique
* Votre travail consiste dans la réalisation d'un diaporama sur l'un des périphériques ou
composants de la liste ci-dessous :
L' écran (cathodique et LCD),
L'imprimante et le scanner,
Les périphériques de saisies (le clavier, la souris,...),
Le disque dur (HDD) (interne, externe et multimédia),
Le disque Hybride et le SSD (Solid State Drive),
Le graveur (interne/externe : CD/DVD/DVDRAM/blue-ray),
La clé USB et le lecteur de cartes,
Le HUB et le SWITCH (solution réseau et USB),
Le CPL et le POE (solutions réseaux),
La webcam,
L'onduleur et la prise parafoudre (sécurité matériel),
Les Enceintes et casque (solutions matériel audio).
Ce travail permettra de mieux comprendre les termes techniques liés à chaque périphérique et
ainsi pouvoir répondre à la question suivante :
Quel matériel correspondra le mieux en fonction du besoin spécifié ? (c'est à
dire connaître du périphérique : petit historique, ses spécificités, les termes techniques, sa
tranche de prix, les recommandations pour grand public et professionnel, ...)
Votre diaporama sera présenté au groupe par vidéo projection argumenté
par chaque membre du groupe (chaque personne doit prendre la parole!).
La durée de préparation de ce travail est de 1 jour 1/2.
La durée maximale de la présentation est de 20 minutes.
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