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CODAGE ET TRANSFERT DE L'INFORMATION SUR
ORDINATEUR ET RESEAUX INFORMATIQUES
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I. Introduction et définitions
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INFORMATIQUE:
contraction de INFORmation et autoMATIQUE
c ’est avant tout un ensemble de méthodes et matériels permettant le traitement des données ou de l ’information.
I. Introduction et définitions
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INFORMATION:
On appelle INFORMATION tout ce qui est susceptible d ’être représenté à l ’aide de conventions pour être conservé, traité ou communiqué.
I. Introduction et définitions
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RESEAU INFORMATIQUE:
C ’est un moyen (matériel & méthodes) de transporter des messages ou de l ’information de différents types:
•Sons: parole, musique
•Images: fixes, animées (vidéo), en noir et blanc, avec nuances de gris, en couleur.
•Textes: avec ou sans dessin, avec des styles différents.
•Données informatiques:informations codées en binaire.
I. Introduction et définitions
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NUMERISATION
Sons
Images
TextesDonnées binaires
MULTIMEDIA
I. Introduction et définitions
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Système Codeur Décodeur Transmission
Parole Téléphone MicrophoneHP ou écouteur
par signaux analogiques ou numériques
Image fixe Fax (télécopie) Scannerdispositif de réception
par signaux analogiques ou numériques
TélévisionDiffusion hertzienne
CaméraRécepteur TV+antenne
par signaux analogiques et numériques
Données informatiques
Réseaux de téléinformatique
MODEM MODEMpar signaux analogiques ou numériques
I. Introduction et définitions
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Les nécessités de transmission imposent une transformation en signaux électriques ou électromagnétiques.
I. Introduction et définitions
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Les signaux analogiques
t
Grandeur physique
I. Introduction et définitions
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Les signaux numériques
t
Grandeur physique
I. Introduction et définitions
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I. Introduction et définitions
Les infrastructures existantes de télécommunication sont de type analogique ou de type numérique.
Dans de nombreux cas il est nécessaire de procéder à des conversions de signaux analogiques en signaux numériques et réciproquement.
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II. Les ordinateurs
1. HISTORIQUE
2. ARCHITECTURE
3. LES LANGAGES
4. FONCTIONNEMENT D ’UN PROGRAMME
5. LES PERIPHERIQUES
6. COMPARATIF DE CAPACITES ET TAUX DE TRANSFERT
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Les premières machines à calculer dignes de ce nom, les Pascalines, furent construites en 1642-1645 par le jeune Blaise Pascal, afin de faciliter les calculs, et spécialement les calculs compliqués nécessitant des changements de bases.
Par exemple la machine construite pour son père, « Commissaire député par sa Majesté pour l ’impôt et la levée des tailles », permettait de manipuler des livres, des sols et des deniers,
• 12 deniers pour faire un sol,
• 20 sols pour une livre,
• les livres étant comptabilisées en décimal….
sachant bien sûr qu ’il faut :
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1. Bref Historique
• des machines à calculer mécaniques : très utilisées pour exploiter les
données du recensement aux Etats-Unis en 1890
• des métiers à tisser : qui utilisaient des cartes perforées inventées en
1728 par Falcon, mécanicien lyonnais
• de l’algèbre de Boole : créé en 1854, mais inexploité pendant un siècle !
• des transistors, inventés seulement au XX° siècle
Nos ordinateurs sont les héritiers :
1. Bref Historique
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Historique (suite)
•1947 : construction du premier transistor (transfer resistor) à
pointe aux Etats-Unis
•1949 : naissance du premier ordinateur en Grande Bretagne
(Maurice Wilkes)
•1951 : fabrication de transistors à jonction
•1952 : fabrication de transistors à effet de champ : à faible
consommation électrique et très rapides
•1955 : les premiers récepteurs radio à transistors remplacent
les récepteurs radio à galène (cristal de sulfure de plomb)
•1959 : mise au point du premier circuit intégré : appelé
« puce » qui comprenait 5000 composants élémentaires sur une
pastille de 5 mm de côté
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•1960: utilisation du silicium ce qui permet de diminuer la taille des
transistors : la course à la miniaturisation est lancée
•1964 : un transistor à jonction occupe un millimètre carré sur une
épaisseur de quelques dixièmes de millimètre d ’épaisseur
•1971 : la société INTEL met au point le premier microprocesseur sur 4
bits : les fonctions élémentaires d ’un ordinateur sont rassemblées sur
un seul composant électronique équivalent à 2300 transistors.
•Aujourd’hui, les microprocesseurs possèdent entre 9 et 22 millions de
transistors
•2000 : les transistors disponibles sur le marché mesurent 180
nanomètres ( milliardièmes de mètre), mais un laboratoire français a
réalisé un transistor de 20 nanomètres : c’est actuellement le plus petit
transistor au monde.
Historique (suite)
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• une position binaire = un binary digit = un bit on ne peut y mettre qu ’une seule valeur « logique » souvent représentée par 0 ou 1
• un Øctet = 8 positions binaires consécutives indissociables = un Ø = un Byte
Chaque position binaire d ’un Ø a un poids : elle vaut 0 ou 1 fois une certaine puissance de 2, qui dépend de sa position dans l’octet
Définitions
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• Un Kilo-Octet = 210 Ø 103 Ø = 1 KØ = 1024 Ø
•Un Méga-Octet = 220 Ø 106 Ø = 1 MØ
•Un Giga-Octet = 230 Ø 109 Ø = 1 GØ
•Un Téra-Octet = 240 Ø 1012 Ø = 1 TØ
Précisions
•Un Péta-Octet = 250 Ø 1015 Ø = 1 PØ
•Un Exa-Octet = 260 Ø 1018 Ø = 1 EØ
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Les codes ASCII
American Standard Codes for Information Interchange
Code de A : 65
Code de a : 97
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2. Architecture d ’un micro-ordinateur
Mémoire centrale
Microprocesseur
Unité de commande
Unité arithmétique et logique
écran
clavier
disque dur
imprimante
bus
Unité centrale
CD
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L’ordinateur est encore actuellement construit selon une architecture générale définie en 1945 par un mathématicien d’origine hongroise John von Neumann.
L’ordinateur est composé d’une unité centrale et de périphériques d’entrée/sortie.
Les périphériques ont différentes vocations :
• permettre la communication entre l’utilisateur et l’ordinateur : écran, clavier, souris
• mémorisation ou archivage : disque dur, disquette, imprimante, CD(Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc)
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L’unité centrale est constituée :
• d’une mémoire centrale ( ou mémoire vive)
• d’un microprocesseur
• de bus de données et de bus d’adresses
• d’une mémoire morte
• d’une mémoire cache
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• C’est la mémoire de travail exclusive du microprocesseur.
La mémoire centrale
• elle est vive, c’est à dire très rapide d’accès, car chacun de ses mots a une adresse individuelle.
• elle est volatile : dès qu’elle est mise hors tension, elle s’efface.
• elle sert à stocker temporairement les programmes et les données dont le microprocesseur a besoin à un instant donné.
Un programme n’est exécutable que s’il est chargé en mémoire centrale (au moins partiellement).
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La mémoire centrale
On dit de la mémoire centrale que c’est de la R.A.M. : Random
Access Memory, et on traduit malheureusement Random par
Aléatoire, pour exprimer le fait qu’on peut accéder directement à
un mot mémoire précis!
L’accès a une information en mémoire centrale n’est pourtant
pas du tout aléatoire.
On pourrait traduit R.A.M. en français par Mémoire à accès direct
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La mémoire centrale
Elle est organisée en MOTS-mémoire.
La longueur d’un mot-mémoire varie d’une machine à l’autre
mais les tailles de 32 et 64 bits tendent à se généraliser.
Le mot mémoire est l’unité d’information adressable, c’est-à-dire
que toute opération de lecture ou écriture porte sur un mot-
mémoire.
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La mémoire centrale
A chaque mot-mémoire est associé :
• une adresse, unique, indiquant sa position en mémoire
• un contenu (instruction ou donnée)
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La mémoire centrale
Un registre est une cellule mémoire qui a une fonction
particulière.
Dans la mémoire centrale on trouve deux types de registres :
• le registre mot qui contient le contenu d’un mot-mémoire
•le registre d’adresse : qui contient l ’adresse d’un mot-
mémoire
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La mémoire centrale
Le registre mot a la même taille qu ’un mot-mémoire.
Le registre d’adresse a une taille qui doit lui permettre
d’adresser tous les mots de la mémoire centrale :
• s’il a une taille de 8 bits, il ne pourra adresser que 256 mots-
mémoires (28 =256).
• s’il a une taille de 32 bits, il pourra adresser 4 Gmots ( 232 ).
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La mémoire centrale
Le temps d’accès a un mot-mémoire est de l’ordre de quelques
nanosecondes.
Techniquement, chaque point mémoire, qui représente un bit
de la mémoire centrale, est matérialisé
• soit par un bistable (ou bascule), qui a deux états stables ; il
est composé de 4 transistors
• soit par un condensateur couplé à un transistor.
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Le microprocesseur
• c ’est Le grand ACTEUR de l ’ordinateur
• Il s’active et active ces interlocuteurs au rythme d ’une horloge
• son unité de commande
décode les instructions du programme en mémoire centrale,
récupère des copies de certaines valeurs de la mémoire centrale à traiter,
soumet du travail à l’Unité Arithmétique et Logique,
modifie des valeurs en mémoire centrale
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Le microprocesseur
L’unité arithmétique et logique est spécialisée uniquement en traitements :
• Mathématiques : addition, soustraction, multiplication, division
• et Logique : négation, ET, OU, OU exclusif
Elle reçoit des ordres de l’unité de commande à qui elle fournit les
résultats du travail demandé : elle n’ aucune autre attribution
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L’horloge
Elle émet des impulsions électriques régulières, synchronisant
ainsi toutes les actions de l ’unité centrale.
Entre 2 coups d ’horloge il se passe un cycle, durant lequel on
exécute une seule instruction élémentaire.
Le cycle est l ’inverse de la fréquence :
un processeur fonctionnant à 2 GHz, a un cycle de 0.5 ns
(nano seconde = 10-9 s)
Remarque : il y a autant de nanosecondes dans une seconde que de secondes dans une trentaine d ’années !
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Le séquenceur
Il génère des signaux de commande pour actionner et contrôler
les unités participant à l ’exécution d’une instruction en cours.
Il tient compte des temps de réponses des circuits sollicités.
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La mémoire cache
Le principe de la mémoire cache ( ou antemémoire) apporte une
solution au problème de trop grande différence de vitesse entre
le microprocesseur et la mémoire centrale.
On insère entre eux une mémoire tampon, pas très grande
(quelques MØ), mais très rapide d ’accès.
Elle ne fait pas partie de la mémoire centrale, mais contiendra
des données et des instructions issues de la mémoire centrale.
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Les bus
Un bus est un ensemble de lignes (16, 32, ou 64, ou +) assurant la
connexion des dispositifs qui y sont rattachés.
On peut distinguer des lignes affectées au transport des
adresses, des données, ou de signaux de commandes.
Ces lignes sont exploitées en commun par plusieurs entités, mais
pendant une communication le bus est réservé aux deux unités
participant à l ’échange.
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Le système d’exploitation
C’est un ensemble de programmes qui se chargent de toutes
les tâches et problèmes relatifs à l’exploitation du matériel.
• gestion des adresses dans les différents segments de la
mémoire centrale
• gestion des entrées-sorties sur les périphériques
• optimisation de la gestion des implantations de programmes et
logiciels en mémoire centrale
En voici quelques exemples :
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La mémoire morte
Il y en a toujours au moins une par ordinateur, pour permettre son
démarrage.
• elle contient le N° de série, et une partie du système
d’exploitation.
• elle est de type R.O.M. (Read Only Memory) : son contenu a été
figé à la fabrication ; elle n’est pas modifiable.
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Le B.I.O.S
Acronyme de Basic Input/Output System
Ce circuit contient les instructions du programme à suivre au
démarrage de l’ordinateur :
•Test de la mémoire
•Lancement du disque dur
•Chargement en mémoire centrale de programmes systèmes
indispensables au fonctionnement de la machine
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La mémoire virtuelle
C’est un procédé qui consiste à faire croire à l’ordinateur qu’il
dispose de plus de mémoire centrale que le total de R.A.M.
installée.
Il consiste à gérer plus d’adresses qu’il n’existe de mots-
mémoires, et à utiliser une partie de l’espace disque pour y gérer
les informations correspondantes.
C’est donc de la mémoire centrale virtuelle, qui n’existe pas.
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3. Les langages
Le langage machine : on écrit les programmes directement en
binaire : c’est le seul langage que le microprocesseur
comprenne.
Le langage assembleur : utilise des symboles (mathématiques) et
des codes mnémoniques pour désigner des séquences binaires.
Ils sont de différents types selon de leur niveau de complexité
ou de leur domaine d ’intervention.
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Les langages évolués : tels que Fortran, Pascal, C, Cobol, C++,
Visual-Basic, sont basés sur un vocabulaire anglais très limité.
Ils permettent de programmer, sans une connaissance approfondie
du microprocesseur, mais nécessitent une grande rigueur.
Ils comportent des instructions complexes très structurées.
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Ces langages évolués ont des domaines d ’intervention
privilégiés :
• COBOL : sert uniquement à la gestion (de stocks, de
commandes, d’encours de fabrication, de finances, …)
• FORTRAN : sert aux calculs mathématiques demandant une
très grande précision.
• PASCAL : sert à un enseignement rigoureux de la
programmation dans les écoles
• C, C++ : servent aux acquisitions, et traitement d ’informations
dans des laboratoires techniques, et au développement de
logiciels.
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Un logiciel est un groupe de programmes tout faits, destinés à
être commercialisés, qui participent ensemble à un objectif
commun précis : on parle de logiciels de comptabilité, de
conception mécanique, de jeux, ...
Les langages d’intelligence artificielle : tels que Lisp et Prolog,
sont des langages évolués particuliers, qui permettent de
réaliser des systèmes experts qui tentent de simuler
l’intelligence humaine, sur des bases de connaissances.
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4. Fonctionnement d ’un programme
Un nouveau programme est créé sous forme d’un code source
écrit en langage évolué.
Avant de pouvoir être exécuté par un ordinateur, il doit subir les
étapes suivantes :
b) la compilation : elle est réalisée par un programme appelé
compilateur , qui traduit le code source en code machine : cette
nouvelle version du programme s ’appelle son code objet.
a) le chargement en mémoire centrale
c) l ’édition de liens : réalisée par un programme qui rassemble
les différents modules nécessaires au programme (sous-
programmes en bibliothèques).
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Cette dernière version complète peut être mémorisée et
réutilisée, pour éviter des recompilations ultérieures.
Mais chaque modification du code source oblige à refaire les 3
étapes a) b) c)
Ensuite seulement l’exécution du programme peut démarrer :
elle fait souvent appel à des données utilisateurs qui sont
chargées aussi en mémoire centrale, mais progressivement au
fur et à mesure des besoins du traitement, en provenance des
périphériques.
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5. Les Périphériques
L’écran
Il permet l ’affichage de caractères et d ’images.
L’écran est divisé en domaines élémentaires nommés pixels
(contraction de picture elements) dont la couleur est codée en
fonction de l ’affichage voulu.
Le nombre de couleurs utilisables est limité par le nombre de bits
sur lesquels est codée la couleur d’un pixel.
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L’écran
Les écrans actuellement les plus répandus (caractérisés par la
taille de leur diagonale en pouces : 15,17, 19 ou 21) utilisent 3
tubes à rayons cathodiques qui excitent chacun une couche de
luminophores de couleur différente (rouge, vert ,bleu).
Pour faire du jaune on met du rouge + du vert.
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L’écran
Pour obtenir des nuances d ’une même couleur, ou de nouvelles
couleurs, en plus des 8 couleurs obtenues par combinaisons
des 3 couleurs de bases, on joue sur l ’intensité de chacune
d ’elles.
Si on gère le code de chaque couleur de chaque pixel sur un
octet, il faut 3 octets par pixel, et on peut obtenir 2 24 = 16
millions de couleurs différentes.
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L’écran
Si on sait que la résolution maximale d ’un écran 17 ’ ’ est de
1280 x 1024 pixels, et si on code la couleur de chaque pixel sur
3 octets, la taille d ’une seule image en mémoire centrale sera
de :
3 x 1280 x 1024 = 3932160 Ø soit 4 MØ
La résolution maximale d ’un écran 15 ’ ’ est de 1024 x 768
pixels, et celle d ’un 19 ’ ’ est de 1600 x 1200 pixels.
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Le disque dur
Il est composé des plusieurs plaques ( de 2 à 4) sur lesquelles on
a déposé un matériaux magnétisable en micro-zones, sur chacune
des deux faces.
Ces plaques sont solidaires d ’un même axe autour duquel elles
tournent toutes ensemble.
De petits électro-aimants (1 par face de plaque ) sont installés sur
un bras, qui par déplacement sur un rayon du disque, et rotation
du disque, permet aux électro-aimants d ’atteindre toutes les
zones magnétisables des plaques.
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Le disque dur
Le disque est enfermé dans un boîtier en salle blanche. L’altitude
des têtes de lecture/écriture est de 0.2 à 1 µm (une empreinte
digitale est de l’ordre de 5 µm, une poussière de 25 µm, un cheveu
de 75 µm)
Chaque micro-zone utilisée représente un 1 ou un 0. Au moment
de son écriture, elle est aimantée selon une orientation ou une
autre, selon que le courant passe dans un sens ou dans l’autre
dans l’entrefer de la bobine de l’électro-aimant.
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Le disque dur
L ’accès aux informations d ’un disque de plusieurs GØ est loin
d ’être direct. Pour optimiser le temps d ’accès, on lit tout un
ensemble d ’octets sans les analyser.
La surface du disque est organisée, avant sa toute première
utilisation, au formatage, en pistes concentriques, et en secteurs.
Les informations sont écrites dans un fichier qui a une adresse de
début d ’implantation qui correspond à un secteur d ’une piste.
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Le disque dur
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Le disque dur
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Le disque dur
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Les disques optiques
• CD-ROM : Compact Disc Read Only Memory
• CD-R : CD enregistrables
• CD-RW : CD ré-enregistrables
• DVD : Digital Versatile Disc, il remplacera prochainement tous les types de CD. Sa qualité
Ils sont « gravés » et lus par des lasers, selon différentes
technologies en fonction du fait qu ’ils sont enregistrables, ou
pas .
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Les disques optiques
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6. Comparatif de capacités et taux de transfert
capacités taux de transfert
mémoire centrale 256 MØ à 1 GØ 1 mot en qq. ns
disque dur 40-80 GØ 7 à 9 MØ/s
CD 650 MØ 4 à 6 MØ/s
DVD 4.7 à 8.5 GØ 8 à 13 MØ/s
disquette 1.44 MØ
Imprimante de 40 à 256 MØ 4 à 25 pages/mn (de mémoire tampon)
