I. Introduction et définitions

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1 CODAGE ET TRANSFERT DE L'INFORMATION SUR ORDINATEUR ET RESEAUX INFORMATIQUES

2 I. Introduction et définitions

3 I. Introduction et définitions
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. But du cours: Décrire les principes de fonctionnement des matériels Décrire quelques méthodes

4 I. Introduction et définitions
INFORMATION: On appelle INFORMATION tout ce qui est susceptible d ’être représenté à l ’aide de conventions pour être conservé, traité ou communiqué.

5 I. Introduction et définitions
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.

6 I. Introduction et définitions
MULTIMEDIA Sons Données binaires Textes NUMERISATION Images

7 I. Introduction et définitions

8 I. Introduction et définitions
Les nécessités de transmission imposent une transformation en signaux électriques ou électromagnétiques.

9 I. Introduction et définitions
Les signaux analogiques Grandeur physique t

10 I. Introduction et définitions
Les signaux numériques Grandeur physique t

11 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.

12 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

13 Les premières machines à calculer dignes de ce nom, les Pascalines, furent construites en 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, sachant bien sûr qu ’il faut : 12 deniers pour faire un sol, 20 sols pour une livre, les livres étant comptabilisées en décimal….

14 1. Bref Historique 1. Bref Historique
Nos ordinateurs sont les héritiers : 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

15 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

16 Historique (suite) 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.

17 Définitions 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

18 Précisions 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 Un Péta-Octet = 250 Ø  1015 Ø = 1 PØ Un Exa-Octet = 260 Ø  1018 Ø = 1 EØ

19 Les codes ASCII American Standard Codes for Information Interchange
Code de A : 65 Code de a : 97

20 2. Architecture d ’un micro-ordinateur

21 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)

22 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

23 La mémoire centrale C’est la mémoire de travail exclusive du microprocesseur. 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). 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.

24 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

25 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.

26 La mémoire centrale A chaque mot-mémoire est associé :
une adresse, unique, indiquant sa position en mémoire un contenu (instruction ou donnée)

27 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

28 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 ).

29 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.

30 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

31 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

32 Le cycle est l ’inverse de la fréquence :
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 !

33 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.

34 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.

35 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.

36 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. En voici quelques exemples : 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

37 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.

38 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

39 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.

40 3. Les langages Ils sont de différents types selon de leur niveau de complexité ou de leur domaine d ’intervention. 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.

41 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.

42 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.

43 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.

44 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 : a) le chargement en mémoire centrale 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. c) l ’édition de liens : réalisée par un programme qui rassemble les différents modules nécessaires au programme (sous-programmes en bibliothèques).

45 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.

46 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.

47 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.

48 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.

49 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 = Ø soit 4 MØ La résolution maximale d ’un écran 15 ’ ’ est de x 768 pixels, et celle d ’un 19 ’ ’ est de 1600 x 1200 pixels.

50 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.

51 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.

52 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.

53 Le disque dur

54 Le disque dur

55 Le disque dur

56 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 .

57 Les disques optiques

58 6. Comparatif de capacités et taux de transfert
capacités taux de transfert mémoire centrale 256 MØ à 1 GØ mot en qq. ns disque dur GØ à 9 MØ/s CD MØ à 6 MØ/s DVD à 8.5 GØ à 13 MØ/s disquette MØ Imprimante de 40 à 256 MØ à 25 pages/mn (de mémoire tampon)