et unités de mesure

Unités de mesure et matériel
Vocabulaire "binaire" et unités de mesure
Quand on veut être à l'aise pour parler ou comprendre comment fonctionne un
ordinateur, on doit connaître les rudiments de l'arithmétique binaire.
Dans le système usuel de numération que nous utilisons (dit décimal), les chiffres
sont 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 et 9. Dans le système binaire, il n'y a que deux chiffres: 0
et 1. On peut alors parler de bit plutôt que de chiffre pour être plus précis (bit vient
de la contraction de binary digit ).
Un octet (byte) dans le système binaire est formé en juxtaposant 8 bits: 01101010,
11111111, 00000111 sont des octets. Un mot (word) est formé de deux octets, ou 16
bits: 1100110010101010. Un mot double comprend deux mots, ou 4 octets, ou 32
bits.
Combien existe-t-il d'octets différents? Chacun des 8 positions de l'octet peut
prendre soit la valeur 0, soit la valeur 1. On obtient donc 2 puissance 8 (noté 2 ^ 8),
ou 256 octets différents. Le nombre de mots est de 2 ^ 16, soit 65 536, et le nombre
de mots doubles, de 2 ^ 32, ou 4 294 967 296.
Les préfixes kilo-, mega-, et giga- sont utilisés en informatique pour éviter d'avoir à
lire ou écrire des nombres tels que 4 294 967 296. De façon usuelle, kilo- devant
une unité de mesure signifie "1 000 fois". En informatique, quand on parle de la
capacité de stockage d'un disque ou de la vitesse de communication, on préfère
attribuer à kilo- le sens de "1 024 fois", car on travaille toujours avec le système
binaire et 1 024 est une puissance exacte de 2 (en fait, 2 ^ 10 = 1 024). De la même
façon, mega-, qui veut habituellement dire "1 000 x 1 000 fois", signifiera "1 024 x
1 024 fois = 2 ^ 20 fois". Quant à giga-, qui veut normalement dire "1 000 x 1 000 x
1 000 fois", il signifiera "1024 x 1024 x 1024 fois = 2 ^30 fois". En informatique, on
en a plus pour notre argent :-)
Attention ! Quand on parle de fréquence en cycles par seconde, 1 Hertz (1 Hz)
signifie "1 cycle par seconde", tandis que 1 MHz = 1 000 000 Hz.
Nous reviendrons sur ces nombres quand nous tenterons de comprendre comment
est calculée la capacité de la mémoire et la capacité d'entreposage des périphériques.
Les composantes internes
Les principales composantes internes du boîtier d'un micro-ordinateur sont:
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la carte maîtresse (motherboard)
les cartes d'expansion (souvent branchées aux périphériques d'entrées/
sortie)
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le bloc d'alimentation, le ventilateur
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les unités de stockage: lecteurs de disquettes et de cédéroms, disques durs
La carte maîtresse comprend plusieurs composantes. On y retrouve des puces de
silicium (dont l'ensemble est dit chipset en anglais). On voit aussi le
microprocesseur (CPU, central processing unit), les barrettes de mémoire, l'horloge,
les bus, les fentes pour cartes d'expansion, le cache...
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Le microprocesseur (ou processeur) est un circuit intégré. Il contient des
registres qui peuvent être vus comme des cases mémoire spéciales. Ces cases
mémoire peuvent en général contenir 32 bits, ou un mot double. Les marques
de processeurs d'aujourd'hui : AMD, Intel,
La mémoire est composée de cases qu'on peut identifier à l'aide d'une
adresse. L'adresse est l'identification d'une case. C'est similaire à la notion de
boîte aux lettres, sauf que les adresses sont données par un mot double au lieu
d'un numéro de rue. Il y a donc possibilité d'adresser 2 ^ 32 cases mémoires...
En fait, cela est près de 16 000 fois plus de mémoire que ce qu'un microordinateur personnel d'aujourd'hui a effectivement de mémoire physique.
Quand la mémoire physique est pleine, la capacité d'adresser la mémoire n'est
donc pas épuisée. Les données chargées en mémoire les moins utilisées sont
stockées sur le disque par le système d'exploitation, dans un fichier spécial .
C'est ce qu'on appelle la mémoire virtuelle.
La capacité de la mémoire se mesure aujourd'hui en megaoctets (Mo). Les
ordinateurs sur le marché viennent pour la plupart avec 128 ou 256 Mo de
mémoire vive. Vous rencontrerez souvent l'abréviation Mb au lieu de Mo, qui
vient de l'anglais megabyte.
Il y a deux types de mémoire physique : la mémoire vive (RAM, random
access memory) et la mémoire morte (ROM read-only memory). La RAM est
volatile, elle ne conserve pas son contenu quand on débranche l'appareil. La
ROM ne le perd pas. C'est pourquoi les instructions essentielles d'amorçage
qu'un ordinateur doit suivre lors de son initialisation sont conservées en
ROM.
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Le bus d'adresse est la ligne de communication physique entre le
microprocesseur et la mémoire. Il permet au microprocesseur de
communiquer avec une case mémoire quand il a besoin de lire son contenu
(prendre le "courrier") ou d'y inscrire une valeur (y mettre du "courrier"). Le
bus de données contiendra la valeur (le courrier en tant que tel) à mettre dans
la mémoire ou à retourner au microprocesseur, selon que le microprocesseur
veut y lire ou y écrire.
Le bus de commande a pour rôle de fournir les instructions aux processeurs, à
partir d'un programme en instruction machines, qui a préalablement été
chargé en mémoire vive ou dans un cache, à partir d'un disque ou d'un
cédérom ou d'une autre source "externe".
L'horloge donne le rythme au processeur. Elle est constituée d'un minuscule
cristal de quartz. Ce n'est pas une horloge qui donne l'heure, mais qui
découpe le temps en petites tranches. C'est la capacité du processeur à suivre
le rythme qui détermine la capacité de celui-ci.
La mémoire cache est un intermédiaire entre la mémoire et le processeur. Elle
permet d'emmagasiner de l'information utilisées récemment, de façon à ce
que si le processeur en a encore besoin, elle est moins longue à charger à
cause de la distance à parcourir et de la qualité du matériau. Utilisons une
analogie pour mieux comprendre l'avantage de la mémoire cache. Supposons
que vous travaillez dans un bureau où vous pouvez entreposer vos documents
dans une filière, située à quelques pas de votre poste de travail. Vous irez
rarement classer un document aussitôt que vous l'aurez utilisé. Vous le
conserverez sur votre table de travail au cas où vous en avez besoin dans un
futur rapproché. Quand cela fera un certain temps que vous l'aurez laissé
traîner, vous irez (normalement!?) le mettre dans la filière. Dans cette
analogie, le processeur, c'est vous, le cache, c'est votre table de travail, et la
mémoire, c'est la filière!
Les fentes d'expansion permettent de connecter des cartes d'interface. Il existe toute
une variété de cartes: cartes vidéo (cartes graphiques), cartes modem, cartes de
son... Ces cartes permettent une communication entre le processeur et les
périphériques qui ne parlent pas toujours le même langage. La carte est comme un
traducteur qui facilite leur communication.
Le bloc d'alimentation alimente les circuits en énergie électrique. Il réduit le voltage
afin qu'il soit adapté aux circuits fragiles des puces et régularise le courant. Le
ventilateur, quant à lui, sert à empêcher la surchauffe des composantes.
Nous parlerons des lecteurs de disquettes, des disques durs et des cédéroms dans la
partie qui traite des périphériques.
Nous avons décrit quelques composantes internes de l'ordinateur. En fait, le principe
des ordinateurs actuels respectent à peu près les plans de la machine analytique de
Charles Babbage. Les plans de M. Babbage ressemblaient à ceux d'une usine avec
des services d'expédition et de réception, un entrepôt, une chaîne de montage et un
contremaître.
La carte maîtresse, c'est la chaîne de montage, le processeur, c'est le contremaître.
La mémoire, c'est l'entrepôt. Mais où sont donc les services d'expédition et de
réception? Ils se trouvent au niveau des cartes d'interface, qui assurent la
communication de l'ordinateur avec le monde extérieur.
Les périphériques
Les périphériques permettent de rendre une multitude de services. Le processeur
peut recevoir des commandes et des données de l'extérieur par les périphériques
d'entrée. Le processeur peut communiquer des résultats de calculs par les
périphériques de sortie. Il existe une autre sorte de périphérique qui comble les
lacunes de la mémoire vive qui souffre d'amnésie entre les sessions de travail: les
périphériques de sortie. Finalement, les périphériques de communication permettent
la communication entre les ordinateurs.
Les périphériques d'entrée
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Le clavier. Il se divise en trois parties: partie centrale, pavé numérique et
touches de fonctions.
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La souris. Elle comporte de un à trois boutons.
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La manette de jeu.
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La tablette graphique. Plus dispendieuse que la souris, accomplit à peu
près le même travail, mais évite la fatigue du poignet et est plus naturelle
car sa manipulation rappelle celle du crayon et du papier.
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La table numérisante. Utile pour numériser des cartes géographiques.
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La caméra vidéo, la Web cam, les lunettes de réalité virtuelle...
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Le micro.
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Le numériseur (scanner). Le numériseur digitalise une image pour
qu'elle puisse être entreposée et manipulée par un ordinateur. Pour ce
faire, il découpe l'image en pixels, qui sont des petits "morceaux
d'images". Le mots pixel provient de picture element.
Les capteurs de température, caméra de surveillance et autres
gagdets domotiques
...
Les périphériques de sortie
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L'écran. La résolution dépend du nombre de pixels qu'il est possible de
représenter au pouce (ou au cm). Sur les écrans SVGA d'aujourd'hui, trois
canons à électrons balaient le tube, envoyant chacun sur une cellule de
phosphore une certaine intensité de lumière de sa couleur propre (il y en a un
rouge, un vert et un bleu). Le phosphore conserve quelques temps l'énergie
reçue et c'est ce qui donne l'impression qu'il est allumé. L'oeil mélange les
trois intensités de rouge, vert et bleu qu'il perçoit sur un pixel, ce qui donne
l'impression que le pixel a sa couleur propre. La carte vidéo emmagasine
l'information à afficher à l'avance, et les informations sont envoyées aux
tubes selon la fréquence de rafraîchissement. Les capacités de stockage des
cartes vidéo sont de 1 Mo et plus aujourd'hui. Ceci est dû au fait que les
écrans couleur de haute résolution, qui sont presque devenus communs,
demandent beaucoup plus de mémoire que les anciens écrans mode texte
monochrome. Avec le temps, le phosphore excité avec les mêmes couleurs
vient qu'à en garder trace de façon permanente. Le prix d'un bon écran justifie
donc la nécessité des économiseurs d'écran.
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L'imprimante. Les plus populaires sont les imprimantes à jet d'encre et les imprimantes laser.
L'imprimante à jet d'encre envoie de fines gouttelettes d'encre sur la papier, à travers une matrice
de points. L'imprimante laser demande cinq étapes pour l'impression de documents: 1)
électrification d'un tambour, 2) traçage d'un motif par un rayon laser, 3) saupoudrage du tambour
par de la poudre, 4) impression de la feuille, 5) chauffage pour fixer la poudre. La qualité
d'impression de l'imprimante laser vaut celle de l'imprimerie, mais elle coûte assez chère à l'achat
et à l'exploitation. L'imprimante se branche sur le port parallèle de l'unité centrale.
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Les haut-parleurs, les écouteurs.
Le graveur de cédérom. Les trois capacités indiquées (ex. 24X, 10X, 40X ) représentent
respectivement les vitesse maximales de lecture, de gravure sur média réinscriptible, et de
gravure sur média non réinscriptible).
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L'écran télé, le système de son, les lumières de la maison, le frigo, le
micro-ondes....
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Les périphériques de stockage
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Les disquettes. Les disquettes 3 ½ pouces ont été popularisées par Apple.
Elles sont aujourd'hui un standard. Leur capacité de stockage est de 1,44 Mo
(pour les disquettes HD, haute densité). Leur surface est divisée en 80 pistes
de 18 secteurs par face. La disquette peut être protégée contre l'écriture en
abaissant un petit clapet situé sur l'un de ses coins. La disquette doit être
formatée pour être manipulable par le lecteur. Le formatage permet la
création d'un système de fichiers utilisable par le système d'exploitation.
Les disques durs (ou disques rigides). Ils sont composés de plusieurs
plateaux superposés. Ils sont aussi divisés en pistes et en secteurs. Leur
capacité est aujourd'hui de l'ordre des dizaines de gigaoctets. Cela représente
une quantité impressionnante d'information: 1 Gigaoctet peut emmagasiner
250 000 pages de texte. L'accès à de l'information sur un disque par le
processeur est beaucoup plus lent que l'accès à la même information en
mémoire, à cause des contraintes mécaniques reliées aux déplacement des
têtes de lecture du disque. La remarque vaut pour tous les périphériques de
stockage, en fait. Les disques durs doivent, comme les disquettes, être
formatés (formatage logique. N'essayez jamais un formatage de bas niveau).
Les cédéroms (ou disques compacts). Cédérom vient de CD-ROM, pour
compact disk - read-only memory. Ils peuvent contenir autour de 650 Mo
d'information et sont pratiquement inusables, ce qui leur confère bien des
avantages si on les compare aux disquettes comme unités de stockage
amovible. Les pistes sur le cédérom ne sont pas circulaires comme sur les
disques rigides ou disquettes, mais en spirale.
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Les DVD... Capacité d'environ 17 Go.
Les périphériques de communication
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Le modem. L'ordinateur ne peut utiliser directement une ligne téléphonique
pour transmettre ou recevoir des données, car il fonctionne en mode
numérique (digital). Il faut donc convertir les bits en signal sonore pour la
transmission. C'est le processus de la modulation/démodulation, d'où le nom
"modem". Les modems internes sont insérés dans une fente d'expansion. Les
modems externes se connectent sur un port de communication, aussi dit port
série. La vitesse de transmission d'un modem se calcul en bps, ou bits par
seconde. Les modems pour usage personnel vendus aujourd'hui fonctionnent
à une vitesse de 56 Kbps (Kilobits par seconde).
Les réseaux locaux. Ils sont nés du besoin de partager des fichiers et des
imprimantes. En fait, le prix d'une imprimante laser il y a quelques années
(dans la dizaine de milliers de dollars) justifiait l'installation de postes en
réseaux. Aujourd'hui, les réseaux facilitent également le branchement à
Internet.