Notes de Cours - PREPA IRSS (2018)

PREPA IRSS (PREPA Ingénierie des Réseaux , Systèmes et Sécurité) 10/22/2018 1  PLAN I. Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs 1) Définition de L'informatique 2) Défi...

PREPA IRSS (PREPA Ingénierie des Réseaux , Systèmes et Sécurité) 10/22/2018 1  PLAN I. Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs 1) Définition de L'informatique 2) Définition de l'Ordinateur 3) Histoire et Invention des Ordinateurs 4) Structure et Composants d’un Ordinateur (PC) 5) Codage de l’Information et Circuits Logiques 6) Assemblage de PC II. Introduction aux Système d’exploitation III. Introduction à la Bureautique avec Microsoft OFFICE IV. Introduction aux Réseaux de Données et à la pile TCP/IP 10/22/2018 2  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Définition de l’Informatique L’informatique est la Science du traitement automatique de l’information (Données). En informatique et en télécommunication, l'information est un élément de connaissance (voix, donnée, image) susceptible d'être conservé, traité ou transmis à l'aide d'un support et d'un mode de codification. Programme : Ensemble séquentiel d’instructions rédigées pour que l’ordinateur puisse résoudre un problème donné. 10/22/2018 3  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Définition de l’Ordinateur L’Ordinateur est le dispositif capable de traiter de l'information. 10/22/2018 4  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Histoire et Invention des ordinateurs  Antiquité : Aristote fonde les bases de la Logique  ≈ 1675 : Leibnitz invente le système binaire moderne (0 et 1)  1854 : Boole publie « The Mathematical Analysis of Logic » qui décrit un système de logique symbolique à la base des machines modernes: l’algèbre de Boole.  1936 : Turing définit la machine qui porte son nom  1938 : Shannon fait la synthèse entre l’algèbre de Boole et les circuits électriques.  1945 : Von Neumann définit l’architecture des ordinateurs modernes  1948 : Shannon pose les bases de la théorie de l’information. 10/22/2018 5  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Histoire et Invention des ordinateurs  1623 Schickard conçoit la première machine à calculer  1642 Pascal réalise la Pascaline (addition, soustraction)  1694 Leibniz : ajoute la multiplication et la division  1728 Falcon : commande pour métiers à tisser, puis en  1805 Jacquard : programmation par cartons perforées articulés  1840 Babbage : Machine analytique  1884 Hollerith : tabulatrice à cartes perforées  1945 Von Neumann définit l’architecture de l’ordinateur universel  1943-1945 : John Mauchly et J.Eckert construit le ENIAC à l’université de Pennsylvanie  1949 Wilkes réalise à Cambridge le premier ordinateur : l’ EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) 10/22/2018 6 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Histoire et Invention des ordinateurs 10/22/2018 7 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Histoire et Invention des ordinateurs 10/22/2018 8 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Histoire et Invention des ordinateurs 10/22/2018 9 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Histoire et Invention des ordinateurs 10/22/2018 10 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Histoire et Invention des ordinateurs 10/22/2018 11  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) Un ordinateur est une machine qui stocke et traite des données (des textes, des images, de la musique, des tableaux de calcul, des vidéos…). Il ne prend aucune initiative. Toutes les tâches qu’il réalise sont effectuées par le biais de composants matériels et de logiciels. Globalement, un ordinateur effectue quatre types d’opérations : a) Réceptionner les données que vous y entrez ; b) Traiter ces données ; c) Stocker les données ; d) Sortir les données après les avoir traitées. l’architecture des ordinateurs est l’étude et la description du fonctionnement des composants internes d’un ordinateur. Le modèle a été défini par Von Neumann. 10/22/2018 12  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) L’architecture, dite architecture de Von Neumann décompose l’ordinateur en quatre parties distinctes : 1. Le processeur est composé d’une unité arithmétique et logique (UAL ou ALU en anglais) ou unité de traitement : son rôle est d’effectuer les opérations de base et d’une unité de contrôle, chargée du séquençage des opérations ; 2. La mémoire qui contient à la fois les données et le programme exécuté par l’unité de contrôle. La mémoire se divise entre mémoire volatile ou RAM (Random Access Memory) qui contient programmes et données en cours de traitement, et mémoire permanente ou ROM (Read Only Memory) qui stocke programmes et données de base de la machine ; 3. Les dispositifs d’entrée-sortie, qui permettent de communiquer avec le monde extérieur. 4. Les différents composants sont reliés par des Bus. 10/22/2018 13 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) 10/22/2018 14 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) 10/22/2018 15 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) Schéma général de l’ordinateur 10/22/2018 16 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) Vu de l’extérieur d’un PC 10/22/2018 17  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) L'unité centrale:  Elle assure les fonctions,  de mémorisation (temporaire) : mémoire centrale  de calcul : unité arithmétique et logique,  de séquencement : séquenceur  de communication : unités d’échange. La carte mère est le composant principal de l'unité centrale. La carte mère est le socle permettant la connexion de l'ensemble des éléments essentiels de l'ordinateur 10/22/2018 18 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) 10/22/2018 19 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) 10/22/2018 Les ports de la carte mère 20 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) 10/22/2018 21  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) Le Processeur: Le processeur est le cerveau de l'ordinateur, c'est lui qui organise les échanges de données entre les différents composants (disque dur, mémoire RAM, carte graphique) et qui fait les calculs qui font que l'ordinateur interagit avec vous et affiche votre système à l'écran. Sa puissance est exprimée en Hz. Aujourd'hui, un processeur atteint les 3Ghz (Giga, milliards) et certains ordinateurs sont équipés de plusieurs processeurs. 10/22/2018 22  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) Le Chipset: Le Chipset est un terme anglais que l’on pourrait traduire en français par jeu de circuits. Son rôle est de gérer des flux de données numériques entre le microprocesseur et les divers composants et sous ensembles de composants de la carte mère, bus informatique, mémoire vive (RAM), accès direct à la mémoire (DMA), Bus IDE ou Serial ATA, PCI, AGP, disque dur, réseau informatique, port série, port parallèle, USB, FireWire, clavier, souris, Entrées-Sorties, carte graphique, carte son, Hyper-Threading, Front side bus, lecteur de disquette et les entrées-sorties en général. 10/22/2018 23  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) Le chipset d'une carte mère permet le contrôle des échanges d'information. Il est souvent constitué (décomposé) de deux composants électroniques (éléments), le Northbridge et le Southbridge. Le Northbridge qui gère les échanges entre processeur, mémoire vive et mémoire vidéo, et le southbridge qui gère les échanges entre périphériques d'entrée/sortie. 10/22/2018 24 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) 10/22/2018 25  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) La mémoire Vive (RAM : Random Access Memory) C’est dans la mémoire vive (en anglais, RAM) que le processeur copie le système d’exploitation, les programmes utilisés et les données en cours d’utilisation. Elle se vide automatiquement dès qu’elle n’est plus alimentée en électricité, c’est-à-dire dès que vous éteignez l’ordinateur. Et donc, lorsque vous l’allumez, elle est vide. 10/22/2018 26  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) La mémoire Morte (ROM : Read Access Memory) Une mémoire morte (ROM ou Read-Only Memory en anglais) est une mémoire non volatile, c'est-à-dire une mémoire qui ne s'efface pas quand l'appareil qui la contient n'est plus alimenté en électricité. Les mémoires mortes sont utilisées, entre autres, pour stocker :  les informations nécessaires au démarrage d'un ordinateur (BIOS, instructions de démarrage, microcode). 10/22/2018 27  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) Le BIOS (Basic Input Output System) C’est Le BIOS est un petit programme. Il est situe sur la carte mère de l'ordinateur dans une puce de type ROM. Le BIOS est le premier programme chargé en mémoire dès que vous allumez votre ordinateur. Il assure plusieurs fonctions: le POST (Power-On Self-Tests selon les) : c'est l'ensemble des tests qu'effectue le BIOS avant de démarrer le système d'exploitation:  vérifier que la carte mère fonctionne bien (barrettes de mémoire vive (RAM), contrôleurs de ports série, parallèle, IDE, etc.);  vérifier que les périphériques simples ("Basic") connectés à la carte mère fonctionnent bien (clavier, carte graphique, disques dur, lecteur de disquette, lecteur de CD-Rom...);  paramétrer la carte mère (à partir des informations stockées dans les CMOS;  chercher un disque sur lequel il y a un système d'exploitation prêt 10/22/2018 à démarrer. 28  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) La Pile CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor): C'est un type de puce capable de stocker des informations et de les conserver même quand l'ordinateur est éteint. Leur contenu est maintenu par un faible courant électrique fourni par une pile. Ces mémoires peuvent être modifiée souvent sans dommage. Le BIOS vient lire des informations dans cette mémoire quand vous allumez l'ordinateur. Il y stocke également la date et l'heure et vient régulièrement les mettre à jour. 10/22/2018 29  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) La mémoire de Masse (Disque Dur): La mémoire de masse (appelée également mémoire physique ou mémoire externe), c’est une mémoire qui permet de stocker des informations à long terme, y compris lors de l’arrêt de l’ordinateur. 10/22/2018 30  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) La Carte Graphique: Carte dont la fonction est d'assurer l'affichage des informations de l'ordinateur sur le moniteur. Fixée sur la carte mère, la carte graphique est composée de processeurs, de circuits imprimés, de connecteurs, de ventilateurs, de mémoire. 10/22/2018 31  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) La Carte Réseau: La carte réseau (appelée Network Interface Card en anglais et notée NIC) constitue l’interface entre l’ordinateur et le câble du réseau. La fonction d’une carte réseau est de préparer, d’envoyer et de contrôler les données sur le réseau. 10/22/2018 32  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) Les Bus: Un bus est un ensemble de fils montés en parallèle (ou un seul fil), destinés à transporter des données binaires. Ce ne sont pas toujours des fils, car certains sont en silicium, gravés sur la carte mère. Il existe plusieurs normes de bus :  PCI et PCI-Express pour les cartes d’extension,  AGP et PCI-Express pour les cartes vidéo,  IDE et Serial ATA, pour les disque,  USB pour la connexion de périphériques externes. 10/22/2018 33  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) Les périphériques : Périphériques d’entrée et de sortie : Constituent les différents moyens de communication avec un utilisateur. Périphérique d’Entrée: Clavier, Souris, Scanner, Manette de jeu Périphérique de Sortie: Imprimante, Ecran, Haut-parleurs, Vidéo Projecteur Périphérique d’Entrée-Sortie: Clé USB, Lecteur Disque DVD/CD, Périphériques de stockage : Assurent la fonction de mémorisation (périphériques de stockage). Disque Dur Externe, Clé USB, DVD-R, 10/22/2018 34 Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Structure et Composants des Ordinateurs (PC) 10/22/2018 35  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Le codage de l’information concerne les moyens de formaliser l'information afin de pouvoir la manipuler, la stocker ou la transmettre. Il ne s'intéresse pas au contenu mais seulement à la forme et à la taille des informations à coder. Quelle que soit la nature de l'information traitée par un ordinateur (image, son, texte, vidéo), elle est toujours sous la forme d'un ensemble de nombres écrits en base 2, par exemple 01001011. Le terme bit (b minuscule dans les notations) signifie « binary digit », c'est-à- dire 0 ou 1 en numérotation binaire. Il s'agit de la plus petite unité d'information manipulable par une machine numérique. 10/22/2018 36  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Il est possible de représenter physiquement cette information binaire par un signal électrique ou magnétique, qui, au-delà d'un certain seuil, correspond à la valeur 1. L'octet (en anglais Byte ou B majuscule dans les notations) est une unité d'information composée de 8 bits. Il permet par exemple de stocker un caractère comme une lettre ou un chiffre. Une unité d'information composée de 16 bits est généralement appelée Mot (en anglais Word). Nous utilisons le système décimal (base 10) dans nos activités quotidiennes. Ce système est basé sur dix symboles, de 0 à 9, avec une unité supérieure (dizaine, centaine, etc.) à chaque fois que dix unités sont comptabilisées 37 10/22/2018  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques C'est un système positionnel, c'est-à-dire que l'endroit où se trouve le symbole définit sa valeur. Ainsi, le 2 de 523 n'a pas la même valeur que le 2 de 132. En fait, 523 est l'abréviation de 5·10^2 + 2·10^1 + 3·10^0. On peut selon ce principe imaginer une infinité de systèmes numériques fondés sur des bases différentes. En informatique, outre la base 10, on utilise très fréquemment le système binaire (base 2) puisque l'algèbre booléenne est à la base de l'électronique numérique. Deux symboles suffisent : 0 et 1. 10/22/2018 38  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques On utilise aussi très souvent le système hexadécimal (base 16) du fait de sa simplicité d'utilisation et de représentation pour les mots machines (il est bien plus simple d'utilisation que le binaire). Il faut alors six symboles supplémentaires : A (qui représente le 10), B (11), C (12), D (13), E (14) et F (15) Le tableau ci- dessous montre la représentation des nombres de 0 à 15 dans les bases 10, 2 et 16. 10/22/2018 39  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Conversion Binaire>Décimal: 10/22/2018 40  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Conversion Hexadécimal>Binaire: 10/22/2018 41  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Représentation d'un entier relatif: Un entier relatif est un entier pouvant être négatif. Il faut donc coder le nombre de telle façon que l'on puisse savoir s'il s'agit d'un nombre positif ou d'un nombre négatif, et il faut de plus que les règles d'addition soient conservées. L'astuce consiste a utiliser un codage que l'on appelle complément a deux. Cette représentation permet d'effectuer les opérations arithmétiques usuelles naturellement. Un entier relatif négatif sera représenté grâce au codage en complémenta a deux. 10/22/2018 42  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Principe du complément à deux a) Ecrire la valeur absolue du nombre en base 2. Le bit de poids fort doit être égal a 0. b) Inverser les bits : les 0 deviennent des 1 et vice versa. On fait ce qu'on appelle le complément a un. c) On ajoute 1 au résultat (les dépassements sont ignorés). Cette opération correspond au calcul de 2n-|x|, ou n est la longueur de la représentation et |x| la valeur absolue du nombre a coder. Ainsi -1 s‘écrit comme 256 - 1 = 255 = 11111111, pour les nombres sur 8 bits. 10/22/2018 43  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Principe du complément à deux: Exemple On désire coder la valeur -19 sur 8 bits. Il suffit : a) d‘écrire 19 en binaire : 00010011; b) d‘écrire son complément a 1 : 11101100 et d'ajouter 1 : 11101101 La représentation binaire de -19 sur 8 bits est donc 11101101. On remarquera qu'en additionnant un nombre et son complément à deux on obtient 0. En effet, 00010011 + 11101101 = 00000000 (avec une retenue de 1 qui est éliminée). 10/22/2018 44  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Les Opérations Binaires: Le binaire n'utilise que 2 chiffres : 1 et 0. 10/22/2018 45  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Les Opérations Binaires: La multiplication consiste à faire une suite d'additions avec le multiplicande décalé vers la gauche. Cette opération est répétée autant de fois qu'il y a d'éléments binaires dans le multiplicateur. Le résultat est codé sur 2n bits pour 2 opérandes sur n bits. 10/22/2018 46  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Les Opérations Binaires: La division binaire s'effectue à l'aide de soustractions et de décalages, comme la division décimale, sauf que les digits du quotient ne peuvent être que 1 ou 0. Le bit du quotient est 1 si on peut soustraire le diviseur, sinon il est 0. 10/22/2018 47  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Les Circuits Logiques: L'ordinateur est un dispositif électronique qui traite l'information mise sous forme d'impulsions électriques, traduisant les chaînes binaires utilisées pour représenter les symboles qu’on y introduit codés sous forme d’une suite bits. Rappelons qu’un ordinateur ne comprend que les impulsions électriques. Les traitements, pour leur part, sont essentiellement réalisés à l'aide d'opérations telles l'addition, la soustraction, la multiplication, la division, la comparaison. Plus fondamentalement, les opérations sont composées d'opérations logiques qui sont effectuées par des circuits logiques de base appelés portes. Une porte est en fait un circuit combinatoire à une ou plusieurs entrées et à au moins une sortie. Les conditions aux entrées d'une porte déterminent l'état des sorties. Il existe trois portes de base correspondant aux trois opérations logiques: OU, ET, NON. 10/22/2018 48  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Les Circuits Logiques: La porte OU. L'opération OU appliquée à une ou plusieurs variables conduit à l'addition logique de ces variables (résumée dans la table de vérité qui suit). Elle est aussi appelée réunion et elle est notée par le signe ∪, ou plus simplement par +. Pour représenter la porte OU dans les circuits, on utilise le symbole suivant: 10/22/2018 49  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Les Circuits Logiques: La porte ET. Un circuit ET possède, tout comme le OU, deux ou plusieurs entrées et une sortie. Le ET correspond au produit logique ( ⋅ ) ou X ou encore a l’intersection ∩. On représente la porte ET par le symbole suivant: Pour Infos : Pour déterminer si deux Adresses IP appartiennent à Un même réseaux, on fait un ET Logique entre Leurs IP et Masque Réseaux respectifs. 10/22/2018 50  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Les Circuits Logiques: La porte NON. La porte NON a une entrée et une sortie. Les deux ont toujours des valeurs opposées. C'est donc dire que si la valeur 0 se présente à l'entrée, on aura la valeur 1 à la sortie et vice-versa. On peut résumer l'effet de cet opérateur unaire dans la table de vérité suivante: Remarque: La porte OU et la porte ET peuvent être inversées pour former les portes NON-OU (NOR) et NON-ET (NAND). 10/22/2018 51  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques Les Circuits Logiques: 10/22/2018 52  Introduction à l’informatique et à l’architecture des Ordinateurs Codage de l’Information et Circuits Logiques La porte OU Exclusif (XOR). On peut retrouver la fonction et sa table de vérité à partir du circuit, il suffit de se rappeler la signification de chaque symbole. La table de vérité recherchée du circuit est alors la suivante: Pour Infos : Le système de redondance des Disque (RAID) le plus simple et le plus largement utilisé est le calcul de parité. Ce système repose sur l'opération logique XOR (OU exclusif) et consiste à déterminer si sur n bits de données considérés, le nombre de bits à l'état 1est pair ou impair. Si le nombre de est pair, alors le bit de parité vaut 0. Si le nombre de est impair, alors le bit de parité vaut 1. Cette technique est utilisée dans les systèmes RAID 5. 10/22/2018 53  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Où les Trouve t-on ? 10/22/2018 54  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Introduction aux Systèmes d’Exploitation: Pour qu'un ordinateur soit capable de faire fonctionner un programme informatique (appelé parfois application ou logiciel), la machine doit être en mesure d'effectuer un certain nombre d'opérations préparatoires afin d'assurer les échanges entre le processeur, la mémoire, et les ressources physiques (périphériques). Le système d'exploitation (noté SE ou OS, abréviation du terme anglais Operating System), est chargé d'assurer la liaison entre les ressources matérielles, l'utilisateur et les applications (traitement de texte, jeu vidéo,...). 10/22/2018 55  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Ainsi lorsqu'un programme désire accéder à une ressource matérielle, il ne lui est pas nécessaire d'envoyer des informations spécifiques au périphérique, il lui suffit d'envoyer les informations au système d'exploitation, qui se charge de les transmettre au périphérique concerné via son pilote. En l'absence de pilotes il faudrait que chaque programme reconnaisse et prenne en compte la communication avec chaque type de périphérique. Le système d'exploitation permet ainsi de "dissocier" les programmes et le matériel, afin notamment de simplifier la gestion des ressources et offrir à l'utilisateur une interface homme-machine 10/22/2018 56  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Rôles des SE: Les rôles du système d'exploitation sont divers : Gestion du processeur : le système d'exploitation est chargé de gérer l'allocation du processeur entre les différents programmes grâce à un algorithme d'ordonnancement. Le type d'ordonnanceur est totalement dépendant du système d'exploitation, en fonction de l'objectif visé. Gestion de la mémoire vive : le système d'exploitation est chargé de gérer l'espace mémoire alloué à chaque application et, le cas échéant, à chaque usager. En cas d'insuffisance de mémoire physique, le système d'exploitation peut créer une zone mémoire sur le disque dur, appelée «mémoire virtuelle». La mémoire virtuelle permet de faire fonctionner des applications nécessitant plus de mémoire qu'il n'y a de mémoire vive disponible sur le système. En contrepartie cette mémoire est beaucoup plus lente. 10/22/2018 57  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Rôles des SE: Gestion des entrées/sorties : le système d'exploitation permet d'unifier et de contrôler l'accès des programmes aux ressources matérielles par l'intermédiaire des pilotes (appelés également gestionnaires de périphériques ou gestionnaires d'entrée/sortie). Gestion de l'exécution des applications : le système d'exploitation est chargé de la bonne exécution des applications en leur affectant les ressources nécessaires à leur bon fonctionnement. Il permet à ce titre de «tuer» une application ne répondant plus correctement. Gestion des droits : le système d'exploitation est chargé de la sécurité liée à l'exécution des programmes en garantissant que les ressources ne sont utilisées que par les programmes et utilisateurs possédant les droits adéquats. 10/22/2018 58  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Rôles des SE: Gestion des fichiers : le système d'exploitation gère la lecture et l'écriture dans le système de fichiers et les droits d'accès aux fichiers par les utilisateurs et les applications. Gestion des informations : le système d'exploitation fournit un certain nombre d'indicateurs permettant de diagnostiquer le bon fonctionnement de la machine. 10/22/2018 59  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Rôles des SE: 10/22/2018 60  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Composantes du système d'exploitation: Le système d'exploitation est composé d'un ensemble de logiciels permettant de gérer les interactions avec le matériel. Parmi cet ensemble de logiciels on distingue généralement les éléments suivants :  Le noyau (en anglais kernel): il constitue le cœur du système d'exploitation, en représentant les fonctions fondamentales du système d'exploitation. Il assure entre autre les fonctions suivantes : la gestion de la mémoire, des processus, des fichiers, des entrées-sorties principales, et des fonctionnalités de communication. 10/22/2018 61  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Composantes du système d'exploitation: Noyau 62 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations  L'interpréteur de commande (en anglais shell, traduisez «coquille» par opposition au noyau) permettant la communication avec le système d'exploitation par l'intermédiaire d'un langage de commandes, afin de permettre à l'utilisateur de piloter les périphériques en ignorant tout des caractéristiques du matériel qu'il utilise Lorsque l'on utilise une interface graphique et que l'on clique sur une fenêtre pour l'activer, on réalise une opération de ce type. 10/22/2018 63  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations  Le système de fichiers (en anglais «file system», noté FS), permettant d'enregistrer les fichiers dans une arborescence. Un système de fichiers ou système de gestion de fichiers est une façon de stocker les informations et de les organiser dans des fichiers sur ce que l'on appelle des mémoires secondaires. 10/22/2018 64  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations En Bref, Le système d'exploitation (Operating System) est le programme qui relie l'utilisateur avec la machine. Il contrôle l'allocation et l’utilisation de la partie physique de l'ordinateur (Hardware), allant des actions les plus simples (démarrer l'ordinateur, reconnaître les entrées clavier ou souris, lire des fichiers...) aux plus complexes (lancement d'applications, utilisation de périphériques...). Il est fait alors de trois choses : l'interface utilisateur (User Interface), le système de gestion de fichiers (File Management System), et le Noyau (kernel). 10/22/2018 65  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations L'interface utilisateur est ce que l'utilisateur voit à l'écran, les éléments avec lesquels il interagit pour donner ses instructions à l'ordinateur. L'interface peut être soit un interpréteur de lignes de commandes (Command Line Interface) soit une interface graphique (Graphical User Interface). Le noyau est le cœur du système d'exploitation. Il s'occupe des fichiers du disque dur, gère la mémoire, programme les objectifs, les tâches et gère l'exécution des applications et processus. Il est aussi responsable de l'activation des composants électroniques et de l'interaction avec les programmes qui les gèrent. Le système de gestion de fichiers range les fichiers en arborescences. Les fichiers sont de simples ensembles de données possédant un nom et une extension. L'extension permet d’identifier le type de fichier afin que l'ordinateur sache comment le lire. 66 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Caractéristiques des SE:  Un système d'exploitation est dit «multi-tâche» (en anglais multithreaded) lorsque plusieurs «tâches» (également appelées processus) peuvent être exécutées simultanément.  Un système d'exploitation multi-utilisateur est conçu pour permettre à plusieurs utilisateurs d'utiliser l'ordinateur simultanément, tout en limitant les droits d'accès de chacun afin de garantir l'intégrité de leurs données.  Le multiprocessing est une technique consistant à faire fonctionner plusieurs processeurs en parallèle afin d'obtenir une puissance de calcul plus importante que celle obtenue avec un processeur haut de gamme ou bien afin d'augmenter la disponibilité du système (en cas de panne d'un processeur). 67 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Notion de Système 32Bits et 64Bits: Un registre est un emplacement de mémoire interne à un processeur. Les registres se situent au sommet de la hiérarchie mémoire : il s'agit de la mémoire la plus rapide d'un ordinateur, mais dont le coût de fabrication est le plus élevé car la place dans un microprocesseur est limitée. Leur capacité dépasse donc rarement quelques dizaines d'octets. Un processeur 64 bits est un processeur dont la largeur des registres est de 64 bits sur les nombres entiers. Les processeurs 32 bits ne peuvent normalement pas adresser plus de 4 Gio (232 octets) de mémoire centrale, tandis que les processeurs 64 bits peuvent en adresser 16 Eio(264 octets). C'est pourquoi dès qu'il y a plus de 4 Gio de RAM sur une machine, la mémoire au-delà de ce seuil ne sera directement adressable qu'en mode 68 64 bits. 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Notion de Système 32Bits et 64Bits: Il ne suffit pas d'avoir une machine avec processeur 64 bits et d’y installer les versions « habituelles » du système d'exploitation et des logiciels. De cette façon, le processeur 64 bits tournera en mode 32 bits (compatibilité descendante). Pour réellement utiliser un ordinateur 64 bits en mode 64 bits il faut disposer des versions 64 bits du système d'exploitation, des pilotes et des logiciels. Tous les systèmes d’exploitation modernes supportent au moins partiellement le mode 64 bits. La majorité d’entre eux présentent une version 32 bits et une version 64 bits, et il faut donc choisir laquelle installer. 69 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Familles des Systèmes d’Exploitation:  Microsoft Windows : Les systèmes d'exploitation de Microsoft sont actuellement préinstallés sur plus de 91 % des ordinateurs personnels. Enfin, depuis Windows 2000, Microsoft développe essentiellement deux versions, l'une Poste de Travail et l'autre pour les Serveurs.  MacOS et iOS (ex-iPhone OS) : systèmes Pré-installés sur la majorité des ordinateurs et appareils mobiles vendus par Apple (anciennement MacOS X );  GNU/Linux : un système d'exploitation libre s'appuyant sur le noyau Linux et les outils GNU installés sur + de 1 % du parc informatique mondial toutes distributions confondues. 70 10/22/2018 Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations 71 10/22/2018 Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Notebook Apple MacBook Pro 72 10/22/2018 Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations 73 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Au moment de la construction de la carte-mère, un logiciel système : le BIOS, est stocké dans la mémoire ROM (Read Only Memory). Celui-ci s'exécute au démarrage de l'ordinateur. Il déclare les disques, configure les composants et recherche l'unité de booting, c'est-à-dire la partie où rechercher un système d'exploitation et finalement lance ce dernier. Dans la plupart des cas, l'OS (Operating System) se trouve dans le Master Boot Record (MBR) du disque dur et se charge en RAM. En informatique, le partitionnement d'un support de stockage (disque dur, SSD, carte-mémoire...) est l'opération qui consiste à le diviser en partitions (partie bien délimitée de ce disque dur). 74 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Windows est un système d’exploitation (ou OS). Même s’il est très répandu, il est loin d’être le seul OS existant. Citons par exemple Mac OS X ou encore GNU/Linux comme autres systèmes très connus. Chaque OS gère les fichiers (les données ainsi que les fichiers du système lui-même) à sa manière, avec chacun son propre Système de Fichiers (Formatage d’un Partition). Ainsi, il est impossible d’installer deux systèmes d’exploitation sur le même disque dur… à moins que celui-ci ne soit partitionné ! En effet, chaque partition peut accueillir un système de fichiers différent et donc un système d’exploitation différent. Partitionner un disque est donc une méthode courante pour installer en parallèle 75 Windows et GNU/Linux par exemple. 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Plusieurs types de Système de fichiers (FS: File System) existent :  FAT, utilisé par MS-DOS, Windows 3.x et Windows 95 mais parfaitement reconnu par tous les système actuels (Windows XP comme Linux). Ce système ne prend pas en charge les disques durs dépassant 2 Go. La taille des clusters est volumineuse d'où une perte d'espace disque.  FAT32 : Évolution du Fat, reconnu par tous les systèmes sauf par MS-DOS, Windows 3.x, Windows 95 Première Édition, Windows NT 3.5 et 4. Les disques peuvent aller jusqu'à 2 To (1 TéraOctets valant 1024 Go). Les clusters sont déjà plus petits.  NTFS (New Technology File System), utilisé par Windows NT, 2000 et XP. Linux reconnaît ce système à titre expérimental mais mieux vaut se limiter alors à la lecture sans y écrire pour éviter les pertes de données. 76 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Pour ce qui est des performances, l'accès aux fichiers sur une partition NTFS est plus rapide que sur une partition de type FAT car il utilise un arbre binaire performant pour localiser les fichiers. La limite théorique de la taille d'une partition est de 16 exaoctets (17 milliards de To), mais la limite physique d'un disque est de 2To.  Linux Ext2 (Ext2), utilisé par le système Linux et non reconnu par MS-DOS et tous les systèmes Windows. Les disques peuvent aller jusqu'à 2 Go et les noms de fichiers jusqu'à 255 caractères. Les droits d'administration sont pris en charge;  Linux Ext3 (Ext3), utilisé par le système Linux et non reconnu par MS-DOS et tous les systèmes Windows. Les disques peuvent aller jusqu'à 4 To;  Linux Ext4 (Ext4), utilisé par le système Linux et non reconnu par MS-DOS et tous les systèmes Windows. Les disques peuvent aller jusqu'à 16 To. 77 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations  XFS est un système de fichiers 64 bit journalisé à hôte unique robuste et hautement évolutif. Il est entièrement basé sur extensions et peut ainsi prendre en charge de très gros fichiers et systèmes de fichiers. Le nombre de fichiers qu'un système XFS peut contenir est uniquement limité par l'espace disponible dans le système de fichiers. En mai 2000, SGI place XFS sous la licence GPL.  Swap: Par défaut, Linux a tendance à utiliser toute la RAM pour accélérer ses opérations, et notamment pour y placer en cache ses données. Le swap est une mémoire physique "virtuelle", souvent installée sous Linux dans une partition indépendante. Une partie du disque dur est réservée à cette mémoire virtuelle qui viendra soulager le système en cas de surcharge. 78 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations La procédure d'amorçage d'un PC A la mise sous tension ou après un reset, le processeur fonctionne en mode réel. Toutes les adresses des instructions et des données auxquelles il accède sont des adresses réelles, des adresses physiques qui ne vont pas au delà de 1 Mo. Le processeur est d'autre part incapable d'aller chercher les instructions du système d'exploitation se trouvant sur le disque dur, le CD ou la disquette. Il va chercher ses premières instructions dans la ROM du BIOS à l'adresse FFFF0, 16 bytes avant la fin du premier méga octet. Là se trouve une instruction de saut vers d'autres instructions du BIOS qui initialisent et testent la mémoire centrale et d'autres composants internes, l'écran et le clavier. Ce test est appelé le POST. Le Post est un test des fonctions vitales du hardware par le PC lui-même POST est l'acronyme de Power On Self Test (auto test au démarrage). 79 10/22/2018  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations La procédure d'amorçage d'un PC Les erreurs constatées au tout début de ce test sont signalées par des codes sonores qui dépendent des défauts constatés mais qui varient aussi d'un constructeur à l'autre. Un bip bref signale que la première partie de ce test s'est terminée sans encombre et que le système est capable d'utiliser la console pour la suite de la communication. Le premier secteur du disque système est appelé MBR ( Master Boot Record). Les 512 octets de ce secteur sont chargés en mémoire centrale. La structure du MBR est identique pour tous les systèmes d'exploitation :  les 446 premiers octets contiennent un petit programme dont le but est de rechercher la partition active; 10/22/2018  les 64 octets contiennent la table de partition à quatre entrées de 16 octets chacune. 80  Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations La procédure d'amorçage d'un PC  les 2 derniers contiennent le magic number AA55 dont la présence, vérifiée par le BIOS, atteste la validité du secteur MBR. Le code du MBR, une fois chargé dans la mémoire, peut être lu et exécuté par le processeur. Il teste la table de partition pour connaître la partition amorçable ( appelée aussi partition active ou Bootable) ou encore "volume système« La partition amorçable est celle dont le premier secteur, le secteur d'amorçage, abrite le chargeur de démarrage (aussi appelé IPL "Initial Program Load") qui charge le système d'exploitation en mémoire vive avant d'en lancer l'exécution. 10/22/2018 81 Chap. II: Introduction aux Systèmes d’Exploitations Démarrage GNU/Linux 10/22/2018 82 10/22/2018 83  Installation Systèmes d’Exploitations Microsoft Windows Avant de commencer à installer le système d'exploitation, assurez-vous que les conditions suivantes sont remplies :  Vous avez téléchargé la dernière version du logiciel pour la station de travail.  Vous avez configuré le BIOS du système et préparé les disques 1. Démarrez votre ordinateur et Insérez le disque de Windows 7 dans votre lecteur 2. Durant la séquence d'amorçage, appuyez sur la touche d'accès au BIOS Pour modifier la priorité de démarrage. 10/22/2018 84  Installation Systèmes d’Exploitations Microsoft Windows 3. A l'aide des flèches de direction et des touches + et -, placez le lecteur de DVD en haut de la liste. 4. A l'aide des flèches de direction et des touches + et -, placez le lecteur de DVD en haut de la liste. 10/22/2018 85  Installation Systèmes d’Exploitations Microsoft Windows 5. Enregistez vos modifications en pressant la touche F10. Validez par Y ou OK. Pressez enfin la touche Entrée. 6. Votre ordinateur démarre alors sur le DVD de Windows 7. Pressez n'importe quelle touche comme cela vous l'est demandé. 10/22/2018 86  Installation Systèmes d’Exploitations Microsoft Windows 7. Au bout de quelques instants, un écran Installer Windows apparaît. 10/22/2018 87  Installation Systèmes d’Exploitations Microsoft Windows 8. Cliquez sur le bouton Installer maintenant. 9. Cochez la case J'accepte les termes du contrat de licence et cliquez sur Suivant. 10/22/2018 88  Installation Systèmes d’Exploitations Microsoft Windows 10. Choisissez le type d'installation Personnalisée (option avancée). 11. Cliquez sur Options de lecteur (avancées). 10/22/2018 89  Installation Systèmes d’Exploitations Microsoft Windows 11. Si votre disque dur est neuf, cliquez sur le bouton Nouveau. 10/22/2018 90  Installation Systèmes d’Exploitations Microsoft Windows 12. Choisissez la taille de la partition que vous allez créer. Vous pouvez utiliser tout l'espace disque disponible ou bien choisir une taille réduite (50 000 Mo par exemple) et créer une seconde partition dans l'espace restant (pour stocker vos documents par exemple) Cliquez sur Appliquer. 10/22/2018 91  Installation Systèmes d’Exploitations Microsoft Windows 13. Sélectionnez alors la partition où installer Windows 7 et cliquez sur le bouton Formater. Tout son contenu sera effacé et perdu. Cliquez sur OK. Sélectionnez la partition formatée et cliquez sur Suivant pour débuter l’installation. 10/22/2018 92