Architecture des Systèmes - Cours 2024-2025 PDF

Architecture des systèmes Lamine Cheniki Table des matières ◼ Les composants électroniques ◼ Le circuit imprimé (PCB) ◼ La carte mère ◼ Le processeur ◼ L ’interface entre le processeur et la carte mère ◼ La mémoire vive (RAM) ◼ Les connecteurs ◼ Le bus ◼ Le disque dur ◼...

Architecture des systèmes Lamine Cheniki Table des matières ◼ Les composants électroniques ◼ Le circuit imprimé (PCB) ◼ La carte mère ◼ Le processeur ◼ L ’interface entre le processeur et la carte mère ◼ La mémoire vive (RAM) ◼ Les connecteurs ◼ Le bus ◼ Le disque dur ◼ Le CD-ROM ◼ Le modem Les composants électroniques Composants BGA Composants à broches Le Circuit imprimé (PCB) 1/4 Le Circuit imprimé (PCB) 2/4 Le Circuit imprimé (PCB) 3/4 Composants BGA Le Circuit imprimé (PCB) 4/4 fil de cuivre La carte mère : Présentation ◼ La carte mère est le socle permettant la connexion de l'ensemble des éléments essentiels de l'ordinateur. ◼ C’est un grand circuit imprimé possédant :  Le processeur  Connecteurs pour les cartes d'extension  Les barrettes de mémoires  Etc Caractéristiques : ◼ Il existe plusieurs façons de caractériser une carte mère, notamment selon les caractéristiques suivantes : ◼ le facteur d'encombrement : désigne la géométrie, les dimensions, l'agencement et les caractéristiques électriques de la carte mère. Afin de fournir des cartes mères pouvant s'adapter dans différents boîtiers (tours) de marques différentes → AT baby / AT full format, ATX standard, micro-ATX, Flex-ATX, mini- ATX, BTX standard, micro-BTX, pico-BTX, ITX standard, mini-ITX, nano-ITX. ◼ le chipset, ◼ le type de support de processeur, ◼ les connecteurs d'entrée-sortie. La carte mère : Présentation La carte mère : Présentation La carte mère : Facteur d’encombrement Facteur de forme Dimensions Emplacements ATX 305 mm x 244 mm AGP / 6 PCI microATX 244 mm x 244 mm AGP / 3 PCI FlexATX 229 mm x 191 mm AGP / 2 PCI Mini ATX 284 mm x 208 mm AGP / 4 PCI Mini ITX 170 mm x 170 mm 1 PCI Nano ITX 120 mm x 120 mm 1 MiniPCI BTX 325 mm x 267 mm 7 microBTX 264 mm x 267 mm 4 picoBTX 203 mm x 267 mm 1 Le processeur (1/3) Le processeur (microprocesseur) → Le cerveau de l'ordinateur. Il exécute les instructions des programmes grâce à un jeu d'instructions. ◼ Caractéristiques :  Fréquence, c'est-à-dire la cadence à laquelle il exécute les instructions. Ainsi, un processeur cadencé à 800 MHz effectuera grossièrement 800 millions d'opérations par seconde.  Support de processeur :emplacement pour accueillir le processeur. ◼ 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  Le processeur (2/3) ◼ Au sein de ces deux grandes familles, il existe des version différentes du support selon le type de processeur :  socket 478 (Pentium IV)  PGA 370 (Celeron)  slot 1 (Pentium II/III)  slot 2 (Pentium II/III Xeon) ◼ Quel que soit le support ➔ brancher délicatement le processeur afin de ne tordre aucune de ses broches (plusieurs centaines).  Afin de faciliter son insertion, un support appelé ZIF (Zero Insertion Force = force d'insertion nulle) a été créé. Les supports ZIF possèdent une petite manette, qui, lorsqu'elle est levée, permet l'insertion du processeur sans aucune pression et, lorsqu'elle est rabaissée, maintient le processeur sur son support. ◼ Le processeur possède généralement un détrompeur, matérialisé par un coin tronqué ou une marque de couleur, devant être aligné avec la marque correspondante sur le support. Le processeur (3/3) ◼ Dans la mesure où le processeur rayonne thermiquement, il est nécessaire d'en dissiper la chaleur pour éviter que ses circuits ne fondent. ◼ Deux types de systèmes :  Dissipateur thermique (ou refroidisseur), c’est un métal ayant une bonne conduction thermique (cuivre ou aluminium), chargé d'augmenter la surface d'échange thermique du microprocesseur. Le dissipateur thermique comporte une base en contact avec le processeur et des ailettes afin d'augmenter la surface d'échange thermique.  Ventirad (Ventilateur + Radiateur) : un ventilateur placé au dessus des ailettes est chargé d'extraire l'air chaud du boîtier et permettre à l'air frais provenant de l'extérieur d'y entrer. Les composants intégrés ◼ La carte mère contient un certain nombre d'éléments embarqués, c'est-à-dire intégrés sur son circuit imprimé :  Le chipset, circuit qui contrôle la majorité des ressources (interface de bus du processeur, mémoire cache et mémoire vive, slots d'extension,...),  L'horloge et la pile du CMOS,  Le BIOS,  Le bus système et les bus d'extension. ◼ Les cartes mères récentes embarquent généralement un certain nombre de périphériques multimédia et réseau pouvant être désactivés :  carte réseau intégrée ;  carte graphique intégrée ;  carte son intégrée ;  contrôleurs de disques durs évolués. Le chipset (1/4) coprocesseur ◼ Le chipset (jeu de composants) est un circuit électronique chargé de coordonner les échanges de données entre les divers composants de l'ordinateur : (processeur, mémoire, bus ISA / PCI / AGP, alimentation...).  gestion de la mémoire / échanges avec le processeur  gestion son et modem  contrôleur USB intégré  décodage des DVD  gestion de l ’énergie  bus AGP, PCI  gestion 3D incorporée  Ethernet ◼ 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 parfois une puce graphique ou une puce audio => Il n'est pas nécessaire d'installer une carte graphique ou une carte son. ➔ 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.  Le chipset (2/4) ◼ Le chipset est généralement composé de deux éléments :  Le NorthBridge (Pont Nord appelé également contrôleur mémoire) : chargé de contrôler les échanges entre le processeur et la mémoire vive, c'est la raison pour laquelle il est situé géographiquement proche du processeur. Il est parfois appelé GMCH, pour Graphic and Memory Controller Hub.  Le SouthBridge (Pont Sud appelé également contrôleur d'entrée-sortie ou contrôleur d'extension) : gère les communications avec les périphériques d'entrée-sortie. Le pont sud est également appelé ICH (I/O Controller Hub). Le chipset (3/4) Le chipset (4/4) La mémoire (1/3) ◼ Mémoire : tout composant électronique capable de stocker temporairement des données. On distingue ainsi deux grandes catégories de mémoires : ◼ Les principales caractéristiques d'une mémoire sont les suivantes :  La capacité, représentant le volume global d'informations (en bits) que la mémoire peut stocker  Le temps d'accès, correspondant à l'intervalle de temps entre la demande de lecture/écriture et la disponibilité de la donnée  Le temps de cycle, représentant l'intervalle de temps minimum entre deux accès successifs  Le débit, définissant le volume d'information échangé par unité de temps, exprimé en bits par seconde  La non volatilité caractérisant l'aptitude d'une mémoire à conserver les données lorsqu'elle n'est plus alimentée électriquement ➔ Ainsi, la mémoire idéale possède une grande capacité avec des temps d'accès et temps de cycle très restreints, un débit élevé et est non volatile.  La mémoire (2/3) ◼ La mémoire vive, généralement appelée RAM (Random Access Memory, traduisez mémoire à accès direct), est la mémoire principale du système, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un espace permettant de stocker de manière temporaire des données lors de l'exécution d'un programme. En effet, contrairement au stockage de données sur une mémoire de masse telle que le disque dur, la mémoire vive est volatile, c'est-à-dire qu'elle permet uniquement de stocker des données tant qu'elle est alimentée électriquement. Ainsi, à chaque fois que l'ordinateur est éteint, toutes les données présentes en mémoire sont irrémédiablement effacées. ◼ La mémoire morte, appelée ROM pour Read Only Memory (traduisez mémoire en lecture seule) est un type de mémoire permettant de conserver les informations qui y sont contenues même lorsque la mémoire n'est plus alimentée électriquement. A la base ce type de mémoire ne peut être accédée qu'en lecture. Toutefois il est désormais possible d'enregistrer des informations dans certaines mémoires de type ROM. ◼ La mémoire flash est un compromis entre deux. En effet, la mémoire Flash possède la non- volatilité des mémoires mortes tout en pouvant facilement être accessible en lecture ou en écriture. En contrepartie les temps d'accès des mémoires flash sont plus importants que ceux de la mémoire vive. → Pourquoi alors utiliser de la mémoire vive alors que les disques durs reviennent moins chers à capacité égale ? La mémoire (3/3) ◼ Néanmoins les mémoires rapides sont également les plus onéreuses. C'est la raison pour laquelle des mémoire utilisant différentes technologiques sont utilisées dans un ordinateur, interfacées les unes avec les autres et organisées de façon hiérarchique. c’est les temps de quoi ? 70 pour la DRAM, 60 pour la RAM EDO 10 pour la SDRAM 6 ns sur les DDR ◼ Les mémoires les plus rapides sont situées en faible quantité à proximité du processeur et les mémoires de masse, moins rapides, servent à stocker les informations de manière permanente.  Les connecteurs d’extension (1/3) La plupart des cartes mères proposent les connecteurs d'entrées-sorties suivants regroupés sur le « panneau arrière » : ◼ Port série, permettant de connecter de vieux périphériques ◼ Port parallèle, permettant notamment de connecter de vieilles imprimantes ◼ Ports USB (1.1, bas débit, ou 2.0, haut débit), permettant de connecter des périphériques plus récents ◼ Connecteur RJ45 (appelés LAN ou port Ethernet) permettant de connecter l'ordinateur à un réseau. Il correspond à une carte réseau intégrée à la carte mère ◼ Connecteur VGA (appelé SUB-D15), permettant de connecter un écran. Ce connecteur correspond à la carte graphique intégrée ◼ 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. Ce connecteur correspond à la carte son intégrée. Les connecteurs d’extension (2/3) D’autre 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. Il existe plusieurs sortes de connecteurs : ◼ Connecteur ISA (Industry Standard Architecture) : permettant de connecter des cartes ISA, les plus lentes, fonctionnant en 16-bit ◼ Connecteur PCI (Peripheral Component InterConnect) : permettant de connecter des cartes PCI, beaucoup plus rapides que les cartes ISA et fonctionnant en 32-bit ◼ Connecteur AGP (Accelerated Graphic Port): un connecteur rapide pour carte graphique. ◼ Connecteur PCI Express (Peripheral Component InterConnect Exress) : architecture de bus plus rapide que les bus AGP et PCI.  Les bus (1/6) ◼ 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. ◼ Dans le cas où la ligne sert uniquement à la communication de deux composants matériels, on parle de port matériel (port série, port parallèle, etc.). Les bus (2/6) : Caractéristiques Un bus est caractérisé par :  Largeur du bus : c’est 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..  Fréquence du bus: c’est la vitesse du bus. Elle est exprimée en Hertz, c'est-à-dire le nombre de transactions de données envoyés ou reçus par seconde. On parle de cycle pour désigner chaque envoi ou réception de données. → 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. Les bus (3/6) : Caractéristiques Nombre de bits Processeur Mémoire Techniques de calcul : Largeur = 16 bits Fréquence = 133 Mhz = 133 x 1000000 Hz = 133 x 106 Hz ➔ Débit = 16 bits x 133 Mhz = 16 x 133 106 bits(1/s) = 8 x 2 x 133 bits/s = 266 106 x 8 bits/s 8 bits = 1 byte = 1 octet => Débit = 266 x 106 x Octet/s 106 = 1 Méga = 1.000.000 => Débit = 266 x Méga Octet/s Notation classique : Débit = 266 Mo/s Les bus (4/6) : Caractéristiques 32 bits Processeur Mémoire Techniques de calcul : Largeur = 32 bits Fréquence = 133 Mhz = 133 x 1000000 Hz = 133 x 106 Hz ➔ Débit = 32 bits x 133 Mhz = 32 x 133 106 bits(1/s) = 8 x 4 x 133 bits/s = 532 106 x 8 bits/s 8 bits = 1 byte = 1 octet => Débit = 532 x 106 x Octet/s 106 = 1 Méga = 1.000.000 => Débit = 532 x Méga Octet/s Notation classique : Débit = 532 Mo/s  Les bus (5/6) : Types Chaque bus est généralement constitué de 50 à 100 lignes physiques distinctes, classées en trois sous-ensembles fonctionnels : ◼ Le bus d'adresses (appelé parfois bus d'adressage ou bus mémoire) transporte les adresses mémoire auxquelles le processeur souhaite accéder pour lire ou écrire une donnée. Il s'agit d'un bus unidirectionnel. ◼ Le bus de données véhicule les instructions en provenance ou à destination du processeur. Il s'agit d'un bus bidirectionnel. ◼ Le bus de contrôle (parfois bus de commandes) transporte les ordres et les signaux de synchronisation en provenance de l’unité de commande et à destination de l'ensemble des composants matériels. Il s'agit d'un bus bidirectionnel dans la mesure où il transmet également les signaux de réponse des éléments matériels. Bus d’@ : 0x0000 … 0xFFFF Mémoire 0x0000 0x1144 0x0001 0x5321 Bus de données (0x1144 … 0xBA33 0x0002 0xDEF5 Processeur Bus de contrôle : R/W, Ack … 0xFFFF 0xBA33  Les bus (6/6) : Types On distingue généralement sur un ordinateur deux principaux bus : ◼ le bus système (appelé aussi bus interne, en anglais internal bus ou front-side bus, noté FSB) :  Il permet au processeur de communiquer avec la mémoire centrale du système (mémoire vive ou RAM). ◼ le bus d'extension (parfois appelé bus d'entrée/sortie) :  Il permet aux divers composants de la carte-mère (USB, série, parallèle, cartes branchées sur les connecteurs PCI, disques durs, lecteurs et graveurs de CD-ROM, etc.) de communiquer entre eux.  Il permet surtout l'ajout de nouveaux périphériques grâce aux connecteurs d'extension (appelés slots) connectés sur le bus d'entrées-sorties. Il existe différents types de bus internes normalisés caractérisés par : ◼ leur forme, ◼ Le nombre de broches de connexion, ◼ le type de signaux (fréquence, données, etc).  Les bus d’extension (1/9) : ISA ◼ La version originale du bus ISA (Industry Standard Architecture), apparue en 1981 avec le PC XT, était un bus d'une largeur de 8 bits cadencé à une fréquence de 4,77 MHz. => 4.77 Mo/s En 1984, avec l'apparition du PC AT (processeur Intel 286), la largeur du bus est passée à 16 bits et la fréquence successivement de 6 à 8 MHz, puis finalement 8,33 MHz, offrant ainsi un débit théorique maximal de 16 Mo/s (en pratique seulement 8 Mo/s dans la mesure où un cycle sur deux servait à l'adressage). ◼ Le bus ISA permettait le bus mastering, c'est-à-dire qu'il permettait de communiquer directement avec les autres périphériques sans passer par le processeur. Une des conséquences du bus mastering est l'accès direct à la mémoire (DMA, pour Direct Memory Access). Toutefois le bus ISA ne permettait d'adresser que les 16 premiers mégaoctets de la mémoire vive. ◼ Jusqu'à la fin des années 1990 le bus ISA équipait la quasi-totalité des ordinateurs de type PC, puis il a été progressivement remplacé par le bus PCI, offrant de meilleures performances. ◼ Connecteur ISA 8 bits : ◼ Connecteur ISA 16 bits :  Les bus d’extension (2/9) : PCI ◼ Le bus PCI (Peripheral Component Interconnect) a été mis au point par Intel le 22 juin 1992. Il s'agit d’un bus intermédiaire situé entre le bus processeur (NorthBridge) et le bus d'entrées-sorties (SouthBridge). ◼ Les connecteurs PCI sont généralement présents sur les cartes mères au nombre de 3 ou 4 au minimum et sont en général reconnaissables par leur couleur blanche (normalisée). ◼ L'interface PCI existe en 32 bits, avec un connecteur de 124 broches, ou en 64 bits, avec un connecteur de 188 broches. Il existe également deux niveaux de signalisation : ◼ 3.3V, destiné aux ordinateurs portables ; ◼ 5V, destiné aux ordinateurs de bureau. ◼ Connecteur PCI 32 bits, 5 V : ◼ Connecteur PCI 32 bits, 3.3 V : ◼ Connecteur PCI 64 bits, 5 V : ◼ Connecteur PCI 64 bits, 3.3 V :  Les bus d’extension (3/9) : PCI Interopérabilité ◼ Il impossible de se tromper lors du branchement d'une carte PCI dans un emplacement PCI. En effet, dans la mesure où la carte s'enfiche correctement, elle est compatible, dans le cas contraire des détrompeurs empêcheront son installation. ◼ Il existe des cartes d'extension possédant des connecteurs dits « universels « (en anglais universal), c'est-à-dire possédant les deux types de détrompeurs (deux encoches). Ces cartes d'extension sont capables de détecter la tension de signalisation et de s'y adapter et peuvent ainsi être insérées indépendamment dans des emplacements 3.3 V ou 5 V.  Les bus d’extension (4/9) : PCI Révisions du bus : ◼ version 1.0 : largeur de 32 bits et fréquence de 33 MHz => débit théorique de 132 Mo/s ◼ La version 2.0 (du 30 avril 1993) définit la géométrie des connecteurs et des cartes additionnelles et lui permet d'être cadencé à 66 MHz => Débit double = 266 Mo/s ◼ Le version 2.1 (1er juin 1995) : Les ingénieurs prévoient à cette époque une évolution progressive de la tension de signalisation de 5 V vers une signalisation en 3.3 V. ◼ La version 2.2 (18 décembre 1998) : permet le branchement à chaud des périphériques (hot plug). ◼ La version 2.3 (29 mars 2002) : supprime la possibilité d'utiliser des cartes additionnelles 5V, mais garde la possibilité d'utiliser des cartes supportant les deux tensions pour assurer une compatibilité descendante. ◼ La version 3.0 : supprime toute possibilité d'utiliser des cartes compatibles 5V. ◼ La version 1.0 PCI-X (septembre 1999) : évolution majeure du bus PCI.  Supporte des fréquences de 66, 100 et 133 MHz.  Bus pleinement compatible avec le format PCI et permet ainsi d'utiliser des cartes additionnelles au format PCI conventionnel dans des emplacements PCI-X et vice-versa. ◼ La version 2.0 du bus PCI-X supporte des fréquence de 66, 100, 133, 266 et 533 MHz et permet d'atteindre des débits de l'ordre de 4.27 Go/s en 64 bits.  Les bus d’extension (5/9) : AGP Présentation du bus AGP ◼ Le bus AGP (sigle de Accelerated Graphics Port) est apparu en Mai 1997. le bus AGP est directement relié au bus processeur (FSB, Front Side Bus) et bénéficie de la même fréquence, donc d'une bande passante élevée. ◼ L'interface AGP a été mise au point spécifiquement pour la connexion de la carte graphique en lui ouvrant un canal direct d'accès à la mémoire (DMA, Direct Memory Access), sans passer par le contrôleur d'entrée-sortie. Les cartes utilisant ce bus graphique ont donc théoriquement besoin de moins de mémoire embarquée, puisqu'elles peuvent accéder directement aux données graphiques (par exemple des textures) stockées dans la mémoire centrale, leur coût de revient est donc théoriquement plus faible. Connecteurs AGP Les cartes mères récentes sont équipées d'un connecteur AGP général reconnaissable par sa couleur marron (normalisée). Il existe trois types de connecteurs : ◼ Connecteur AGP 1,5 volts : ◼ Connecteur AGP 3,3 volts : ◼ Connecteur AGP universel :  Les bus d’extension (6/9) : AGP Révision du bus : ◼ La version 1.0 : Travaillant à une tension de 3.3 V, propose un mode 1X et un mode 2X : → Mode 1X :Permet d'envoyer 8 octets tous les deux cycles → Mode 2x : Permet d’envoyer 8 octets par cycle. ◼ La version 2.0 (1998 ) : Travaillant à une tension de 1.5 V, propose un mode 4X : → Permet d'envoyer 16 octets par cycle Apparition des connecteurs dits "universels" (AGP 2.0 universal), supportant les deux tensions. ◼ La version 3.0 (2002) : propose un mode 8X : → Permet d'envoyer 32 octets par cycle  Les bus d’extension (7/9) : AGP Caractéristiques : ◼ Le bus PCI : 33 Mhz et débit de 132 Mo/s à partager entre les différentes cartes pour le bus PCI, ◼ Le port AGP 1X est cadencé à 66 MHz → Débit de 264 Mo/s soit de bien meilleures performances, notamment pour l'affichage de scènes 3D complexes. ◼ Avec l'apparition du port AGP 4X, le débit est passé à 1 Go/s. Cette génération de carte est alimentée en 25 W. La génération de carte suivante se nomme AGP Pro et est alimentée en 50W. ◼ La norme AGP Pro 8x propose un débit de 2 Go/s. ◼ Les débits des différentes normes AGP sont les suivants : ◼ AGP 1X : 66,66 MHz x 1(coef.) x 32 bits /8 = 266.67 Mo/s ◼ AGP 2X : 66,66 MHz x 2(coef.) x 32 bits /8 = 533.33 Mo/s ◼ AGP 4X : 66,66 MHz x 4(coef.) x 32 bits /8 = 1,06 Go/s ◼ AGP 8X : 66,66 MHz x 8(coef.) x 32 bits /8 = 2,11 Go/s ◼ Il est à noter que les différentes normes AGP conservent une compatibilité ascendante, c'est-à-dire qu'un emplacement AGP 8X pourra accueillir des cartes AGP 4X ou AGP 2X.  Les bus d’extension (8/9) : PCI Express ◼ Le bus PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express, noté 3GIO pour «Third Generation I/O»). ◼ Le bus PCI Express ( juillet 2002) est un bus série (Contrairement au bus PCI qui est parallèle) Caractéristiques : ◼ Le bus PCI Express se décline en plusieurs versions, 1X, 2X, 4X, 8X, 12X, 16X et 32X, permettant d'obtenir des débits compris entre 250 Mo/s et 8 Go/s, soit près de 4 fois le débit maximal des ports AGP 8X. ➔ Ainsi, avec un coût de fabrication similaire à celui du port AGP, le bus PCI Express est amené à le remplacer progressivement. Les bus d’extension (9/9) : PCI Express Connecteurs : ◼ Les connecteurs PCI Express sont incompatibles avec les anciens connecteurs PCI ◼ Tailles variables et une plus faible consommation électrique ◼ Les connecteurs PCI Express sont reconnaissables grâce à leur petite taille et leur couleur anthracite :  PCI Express 1X : 36 broches → d'entrées-sorties à haut débit :  PCI Express 4X : 64 broches → serveurs :  PCI Express 8X 98 broches →serveurs :  PCI Express 16X : 164 broches, mesure 89 mm → port graphique :  Les ports d’E/S (1/11) : Port Série ◼ Les ports série (RS-232, nom de la norme à laquelle ils font référence) sont 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. ◼ 1er port série unidirectionnel : envoie de données, mais pas de réception ◼ Evolution : Port bidirectionnel : nécessite deux fils pour effectuer la communication. Un ordinateur personnel possède généralement de un à quatre ports séries.  Les ports d’E/S (2/11) : Port Série ◼ La communication série se fait de façon asynchrone, (pas de signal de synchronisation : horloge) ◼ Les données peuvent être envoyées à intervalle de temps arbitraire. En contrepartie, le périphérique doit être capable de distinguer les caractères (un caractère a une longueur de 8 bits) parmi la suite de bits qui lui est envoyée. ◼ C'est la raison pour laquelle dans ce type de transmission, chaque caractère est précédé d'un bit de début (appelé bit START) et d'un bit de fin (bit STOP). ◼ Ces bits de contrôle, nécessaires pour une transmission série, gaspillent 20% de la bande passante (pour 11 bits envoyés, 8 servent à coder le caractère, 3 servent à assurer la réception). ◼ 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):  Les ports d’E/S (3/11) : Port parallèle ◼ 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. ◼ 1er port parallèle : Débits de l'ordre de 2.4Mb/s. ◼ Le port EPP (Enhanced Parralel Port, port parallèle amélioré) : Débit 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).  Les ports d’E/S (4/11) : Port USB ◼ Le bus USB (Universal Serial Bus, en français Bus série universel) : Architecture de type série. ◼ Interface entrée-sortie beaucoup plus rapide que les ports série standards. ◼ L'architecture qui a été retenue pour ce type de port est en série pour deux raisons principales :  l'architecture série permet d'utiliser une cadence d'horloge beaucoup plus élevée qu'une interface parallèle, car celle-ci ne supporte pas des fréquences trop élevées (dans une architecture à haut débit, les bits circulant sur chaque fil arrivent avec des décalages, provoquant des erreurs) ;  les câbles série coûtent beaucoup moins cher que les câbles parallèles. Les normes USB : ◼ Le standard USB 1.0 (1995) 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. ◼ La norme USB 2.0 permet d'obtenir des débits pouvant atteindre 480 Mbit/s. ➔ 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.  Les ports d’E/S (5/11) : Port USB Types de connecteurs : Il existe deux types de connecteurs USB : ◼ Type A, dont la forme est rectangulaire et servant généralement pour des périphériques peu gourmands en bande passante (clavier, souris, webcam, etc.) ; ◼ 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) ➔ 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+).  Les ports d’E/S (6/11) : Port USB Fonctionnement du bus USB : ◼ La norme USB permet le chaînage des périphériques, en utilisant une topologie en :  Bus : Les périphériques sont connectés les uns à la suite des autres  Etoile: Les périphériques sont ramifiés. La ramification se fait à l’aide de boîtiers appelés « hubs » (concentrateurs), comportant une seule entrée et plusieurs sorties.  Les ports d’E/S (7/11) : Port USB Fonctionnement du bus USB : ◼ La communication entre l’hôte (l’ordinateur) et les périphériques se fait selon un protocole basé sur le principe de l’anneau à jeton (token ring) ➔ bande passante est partagée temporellement ◼ 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 (27) 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. (cf plus loin). ➔ 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 !  Les ports d’E/S (8/11) : Port USB Fonctionnement du bus USB : ◼ Les ports USB supportent le Hot plug and play (branchement à chaud).  Les périphériques peuvent être branchés sans éteindre l’ordinateur.  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-. ◼ Dès la détection, 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.  Les ports d’E/S (9/11) : Port Firewire ◼ Le bus IEEE 1394 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. Il s'agit ainsi d'un port, équipant certains ordinateurs, permettant de connecter des périphériques (notamment des caméras numériques) à très haut débit. Il existe ainsi des cartes d'extension (généralement au format PCI ou PC Card / PCMCIA ) permettant de doter un ordinateur de connecteurs FireWire. Les connecteurs et câbles FireWire sont repérables grâce à leur forme, ainsi qu'à la présence du logo suivant :  Les ports d’E/S (10/11) : Port Firewire Connecteurs : Norme Débit théorique IEEE 1394a La norme IEEE 1394b IEEE 1394a-S100 100 Mbit/s Les connecteurs 1394a-1995 IEEE 1394a-S200 200 Mbit/s Les connecteurs 1394a-2000 IEEE 1394a-S400 400 Mbit/s IEEE 1394b La norme IEEE 1394b (FireWire 2 ou FireWire Gigabit ) IEEE 1394b-S800 800 Mbit/s IEEE 1394b-S1200 1200 Mbit/s Les connecteurs 1394b Bêta : IEEE 1394b-S1600 1600 Mbit/s IEEE 1394b-S3200 3200 Mbit/s Les connecteurs 1394b Bilingual : La norme IEEE 1394b  Les ports d’E/S (11/11) : Port Firewire Fonctionnement : ◼ Le bus IEEE 1394 suit la même structure que le bus USB ◼ Il utilise un câble composé de six fils (deux paires pour les données et pour l’horloge, et deux fils pour l’alimentation électrique) ◼ Les deux fils dédiés à une horloge (différence majeure entre le bus USB et le bus Firewire) permettent de fonctionner selon deux modes de transfert :  le mode de transfert asynchrone : →Transmission de paquets à intervalles de temps variables. → L’hôte envoie un paquet de données et attend de recevoir un accusé de réception. → Accusé de réception reçu => envoie du paquet de données suivant, sinon le paquet est à nouveau réexpédié au bout d’un temps d’attente.  le mode isochrone : → Transmission de paquets de données de taille fixe à intervalle de temps régulier. → Un noeud, appelé Cycle Master est chargé d'envoyer un paquet de synchronisation (appelé Cycle Start packet) toutes les 125 microsecondes. → Plus d’accusé de réception => garantir un débit fixe et l’adressage des périphériques est simplifié et la bande passante économisée permet de gagner en vitesse de transfert.  Le disque dur (1/5) ◼ Sert à conserver les données de manière permanente (contrairement à la mémoire vive, qui s'efface à chaque redémarrage de l'ordinateur) ◼ Structure Un disque dur est constitué de plusieurs disques rigides en métal, en verre ou en céramique, empilés à une très faible distance les uns des autres. → Plateaux (platters).  Le disque dur (2/5) ◼ 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. ◼ Les données sont stockées sous forme binaires sur une fine couche magnétique de quelques microns d'épaisseur, elle-même recouverte d'un film protecteur. ◼ La lecture et l'écriture se font grâce à des têtes de lecture 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 ! ◼ Ces têtes sont mobiles latéralement afin de pouvoir balayer l'ensemble de la surface du disque. ◼ L'ensemble de cette mécanique de précision est contenu dans un boîtier totalement hermétique, car la moindre particule peut détériorer la surface du disque. ◼ Le disque est étanche avec la mention "Warranty void if removed" qui signifie littéralement "la garantie expire si retiré" car seuls les constructeurs de disques durs peuvent les ouvrir (dans des salles blanches, exemptes de particules).  Le disque dur (3/5) Fonctionnement ◼ Les têtes de lecture/écriture sont dites « inductives », c'est-à- dire qu'elles sont capables de générer un champ magnétique. ◼ Lors de l'écriture, les têtes tournent créant des champs positifs ou négatifs, ils polarisent 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. ◼ 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).  Le disque dur (4/5) ◼ On appelle cylindre l'ensemble des données situées sur une même piste sur des plateaux différents (c'est-à-dire 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). 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).  Le disque dur (5/5) : Caractéristiques ◼ Capacité ◼ Taux de transfert (ou débit) : 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.  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. ◼ 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 : IDE/ATA, Serial ATA, SCSI ◼ Il existe par ailleurs des boîtiers externes permettant de connecter des disques durs en USB ou firewire.  Le CD-ROM (1/5) Invention : ◼ Le Compact Disc a été inventé par Sony et Philips en 1981 → Support audio compact de haute qualité permettant un accès direct aux pistes numériques. ◼ En 1984, les spécifications du Compact Disc ont été étendues afin de lui permettre de stocker des données numériques. La géométrie du CD : ◼ 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 (soit 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.  Le CD-ROM (2/5) La composition du CD : ◼ Le CD est constitué d'un substrat en matière plastique (polycarbonate) et d'une fine pellicule métallique réfléchissante (or 24 carat ou alliage d'argent). La couche réfléchissante est recouverte d'une laque anti-UV en acrylique créant un film protecteur pour les données. Enfin, une couche supplémentaire peut être ajoutée afin d'obtenir une face supérieure imprimée. ◼ La couche réfléchissante possède de petites alvéoles. Ainsi lorsque le laser traverse le substrat de polycarbonate, la lumière est réfléchie sur la couche réfléchissante, sauf lorsque le laser passe sur une alvéole, c'est ce qui permet de coder l'information. ◼ Cette information est stockée sur 22188 pistes gravées en spirales (il s'agit en réalité d'une seule piste concentrique).  Le CD-ROM (3/5) ◼ Les CD achetés dans le commerce sont pressés, c'est-à-dire que les alvéoles sont réalisées grâce à du plastique injecté dans un moule contenant le motif inverse. Une couche métallique est ensuite coulée sur le substrat en polycarbonate, et cette couche métallique est elle-même prise sous une couche protectrice. ◼ Les CD vierges par contre (CD-R) possèdent une couche supplémentaire (située entre le substrat et la couche métallique) composée d'un colorant organique (en anglais dye) pouvant être gravé (le terme brûler est souvent utilisé) par un laser de forte puissance (10 fois celle nécessaire pour la lecture). C'est donc la couche de colorant qui permet d'absorber ou non le faisceau de lumière émis par le laser.  Le CD-ROM (4/5) ◼ La piste physique est constituée d'alvéoles d'une profondeur de 0,167µm, d'une largeur de 0,67µm et de longueur variable. Les pistes physiques sont écartées entre elles d'une distance d'environ 1.6µm. On nomme creux (en anglais pit) le fond de l'alvéole et on nomme plat (en anglais land) les espaces entre les alvéoles. ◼ La vitesse de lecture du lecteur de CD-ROM correspondait à l'origine à la vitesse de lecture d'un CD audio, c'est-à-dire un débit de 150 ko/s. Cette vitesse a par la suite été prise comme référence et notée 1x. Les générations suivantes de lecteurs de CD-ROM ont été caractérisées par des multiples de cette valeur. Le tableau suivant donne les équivalences entre les multiples de 1x et le débit : Le CD-ROM (5/5) Débit Temps de réponse 1x 150 ko/s 400 à 600 ms 2x 300 ko/s 200 à 400 ms 3x 450 ko/s 180 à 240 ms 4x 600 ko/s 150 à 220 ms 6x 900 ko/s 140 à 200 ms 8x 1200 ko/s 120 à 180 ms 10x 1500 ko/s 100 à 160 ms 12x 1800 ko/s 90 à 150 ms 16x 2400 ko/s 80 à 120 ms 20x 3000 ko/s 75 à 100 ms 24x 3600 ko/s 70 à 90 ms 32x 4500 ko/s 70 à 90 ms 40x 6000 ko/s 60 à 80 ms 52x 7800 ko/s 60 à 80 ms  Le modem ◼ Le modem est le périphérique utilisé pour transférer des informations entre plusieurs ordinateurs via un support de transmission filaire (lignes téléphoniques par exemple). ◼ Les ordinateurs fonctionnent de façon numérique, mais les lignes téléphoniques sont analogiques. ◼ Le modem convertit en analogique l'information binaire provenant de l'ordinateur, afin de le moduler par la ligne téléphonique. On peut entendre des bruits étranges si l'on monte le son provenant du modem. ◼ Ainsi, le modem module les informations numériques en ondes analogiques. En sens inverse, il démodule les données analogiques pour les convertir en numérique. Le mot « modem » est ainsi un acronyme pour « MOdulateur/DEModulateur ». ◼ La vitesse de transmission du modem est généralement exprimée en bauds ◼ Cette unité de vitesse de transmission d'information caractérise la fréquence de (dé)modulation, c'est-à- dire le nombre de changement d'états que le modem fait subir au signal par seconde. ◼ Ainsi, le débit en bauds n'est pas tout à fait égal au débit en bits par secondes, car plus d'un changement d'état du signal peuvent être nécessaires pour coder un bit.