ARCHITECTURE DES ORDINATEURES & RESEAUX.pdf

UNIVERSITE PROTESTANTE AU CONGO FACULTÉ D’INFORMATIQUE ARCHITECTURE DES ORDINATEURS & RÉSEAUX INFORMATIQUES Par CT. Jean marc KALOMBO Ass. Christopher OMALANGA Ass. Japhet DIENDA Ass. Bernice ZUIYA Pour les étudiants de première Licence en LMD 2 A savoir Ce support permet de comprendre la structure et le fonctionnement d'un système à microprocesseur. Il permet d'aborder les questions de codage et de représentation des mots et nombres en mémoire, ainsi que les différentes méthodes d'accès à ces valeurs. Les notes que voici se proposent de rassembler l’essentiel de sujets que nous voyons dans le cours d’architecture et fonctionnement des ordinateurs et réseaux. Ce cours est donné dans le cadre d’une formation de premier cycle en informatique à l’université protestante au Congo. Dans ce cours nous parlerons plus du Personnal Computer (PC) qui est le type d’ordinateur que l’on rencontre le plus souvent, et ses périphériques. Les réseaux aussi, a une place importante dans cette formation. Le but du cours et des travaux pratiques est de connaitre les composants d’un ordinateur et leurs particularités et leur rôle. Il en est de même pour le réseau. Ainsi les étudiants seront à même de pouvoir évaluer les matériels, les comparer, les installer, les configurer, les tester et remédier aux dysfonctionnements et développer un esprit critique. En termes claires les étudiants pourront à l’issu de ce cours acquérir un bagage suffisant pour appréhender les caractéristiques actuelles et futures de tous les équipements et les situations auxquels un technicien en informatique devra faire face dans son avenir professionnel. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 3 Objectifs Comprendre le fonctionnement global d’un ordinateur et de ses composants. Comprendre la communication entre les différentes parties matérielles et logicielles d’un ordinateur. Comprendre le fonctionnement d'un système à microprocesseur et/ou microcontrôleur avec sa mémoire et ses périphériques. Comprendre et gérer la répartition de l'activité entre le processeur et les périphériques, et/ou entre les unités de traitement. Maitriser les moyens et les outils de base sur les notions de réseaux informatique Savoir à interconnecter deux supports dans un réseau Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 4 PLAN DU TRAVAIL ★ 0. Introduction ★ Chapitre 1 : Structure d’un ordinateur et appareils mobiles ★ Chapitre 2 : Représentation des données ★ Chapitre 3 : Réseau Informatique Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 5 Sommaire TABLE DES MATIERES Introduction Chapitre 1 : 1.3.6. Unité Centrale.......................................................................................................17 1.3.7. Disques durs........................................................................................................20 1.3.7.1. Que stocke un disque dur ?.................................................................................21 1.3.7.2. Capacités et Octets.............................................................................................21 1.3.7.3. La relève : Les disques durs SSD......................................................................21 1.3.7.4. 1.5 Autres utilisations de disques durs.............................................................22 1.3.8. Le Processeur........................................................................................................22 1.3.8.2. Principaux acteurs du marché.............................................................................23 1.3.9. La carte mère.......................................................................................................23 1.3.10. GRAPHIQUE..........................................................................................................24 1.3.10.1. CONNECTIQUES DE CARTES GRAPHIQUES..................................................25 1.3.11. LES SCANNERS....................................................................................................25 1.3.12. LES PROJECTEURS..............................................................................................26 1.3.13. ALIMENTATION ELECTRIQUE DU SYSTEME................................................26 1.3.14. LOGICIELS (SOFTWARE)...................................................................................27 1.3.15. LE BIOS.................................................................................................................27 1.3.16. LES SYSTEMES D’EXPLOITATION...................................................................28 Chapitre 3. PROGRAMMATION AVEC L’ASSEMBLEUR....................................................34..............................................................................................................................................34 Le programme......................................................................................................................34 L'assembleur........................................................................................................................36 MASM...................................................................................................................................38 1. DEFINITIONS ET CONCEPTS DE BASE.................................................................39 1.1. LE RESEAU............................................................................................................39 1.2. FINALITE D’UN RESEAU.....................................................................................40 1.3. TYPES DE RESEAUX.............................................................................................42 1.4. TOPOLOGIES DE RESEAU...................................................................................43 1.4.1. RESEAUX EN ETOILE:......................................................................................43 1.4.2. RESEAUX EN ANNEAU:....................................................................................44 1.4.3. RESEAUX EN BUS:............................................................................................44 2. NORMALISATION......................................................................................................45 2.1. FINALITE DE LA NORMALISATION.................................................................45 2.2. LE MODELE OSI....................................................................................................46 2.2.1. NOTION DE COUCHES.....................................................................................46 2.2.2. DESCRIPTION DU MODELE OSI.....................................................................47 2.2.3. L’UTILISATION DE COUCHES........................................................................48 2.2.4. FONCTIONS DES 7 COUCHES DU MODELE OSI..........................................49 Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 6 2.2.5. TERMINOLOGIE LIEE AU MODELE OSI........................................................51 2.2.6. DESCRIPTION DES QUATRE COUCHES DU MODELE TCP/IP......................53 2.2.7. COMPARAISON ENTRE LES MODELES TCP/IP ET OSI...............................55 3. MATERIELS RESEAUX...............................................................................................57 3.1. SUPPORTS DE TRANSMISSION........................................................................57 3.1.1. LES SUPPORTS GUIDES...................................................................................58 3.1.2. SUPPORT DE TRANSMISSION NON GUIDES...............................................63 3.2. EQUIPEMENTS RESEAUX...................................................................................74 3.1.1. CARTE RÉSEAU.................................................................................................74 3.1.2. LES COMMUTATEURS......................................................................................75 3.1.3. LE ROUTEUR......................................................................................................77 3.3. LES ADRESSES IP................................................................................................78 3.4. BROCHER UN CÂBLE À PAIRES TORSADÉES....................................................85 Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 7 0. INTRODUCTION L’Architecture des Ordinateurs demande de définir ce que sont, d’une part un ordinateur, d’autre part l’architecture. Le lecteur qui s’apprête à aborder le troisième millénaire a certainement une intuition sur l’ordinateur, mais peut-être pas d’idée précise sur la notion d’architecture. Un ordinateur est une machine qui traite une information fournie par un organe d’entrée suivant un programme et délivre une information sur un organe de sortie. La partie de l’ordinateur chargée du traitement de l’information est appelée Unité Centrale (UC) ou Central Processing Unit (CPU). Matériellement, un ordinateur est composé de cartes et de périphériques (écran, clavier, disques etc.) ; chaque carte est elle-même construite à partir de composants électroniques, qui utilisent depuis les années 60 la technologie des transistors et depuis les années 70 la technologie des circuits intégrés. Ces divers organes doivent être conçus et organisés pour trouver un optimum suivant les critères de fonctionnalité, de performances et de prix. Le plus important de ces organes est le processeur, qui est composé d’un ou d’un petit nombre de circuits intégrés. Dans le sens le plus général, l’architecture est donc la conception et l’organisation des composants matériels de l’ordinateur basés sur la technologie des circuits intégrés, et plus particulièrement du processeur. Le terme de matériel dans la définition ci-dessus ne signifie pas que l’architecte dessine des transistors. Le fonctionnement d’un ordinateur peut s’envisager suivant la hiérarchie des niveaux. L’utilisateur final voit une application plus ou moins interactive, par exemple un jeu, ou un logiciel de traitement de texte. Cette couche est réalisée essentiellement suivant un modèle de calcul figé dans un langage de haut niveau, qui utilise des m´mécanismes génériques. Par exemple, presque tous les langages connaissent la notion d’appel fonctionnel récursif, qui requiert sur les processeurs un mécanisme de pile et un mécanisme de rupture de séquence (ceci sera expliqué plus loin). Chaque Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 8 processeur dispose d’un langage spécifique, son jeu d’instructions, qui implémenté ces mécanismes communs. Le jeu d’instruction est également appelé langage-machine, ou encore architecture logicielle. De façon précise, le jeu d’instruction est une abstraction programmable (i.e. utilisable pour la programmation) du processeur. Les niveaux suivants sont figés dans le matériel, et ne sont pas reprogrammables. Le jeu d’instruction est donc l’interface de programmation, l’API, du processeur  Historique général : Quelques dates clés  500 av JC : apparition des bouliers et abaques  1632 : invention de la règle à calcul  1642 : Pascal invente la Pascaline  1833 : machine de Babbage  1854 : publication par Boole d'un ouvrage sur la logique  1904 : invention du tube à vide  1937 : article d'Alan Turing sur la calculabilité : machines de Turing  1943 : création du ASCC Mark 1 (Harvard - IBM) : Automatic Sequence-Controlled Calculator  1946 : construction de l'ENIAC  1947 : invention du transistor (Bell)  1955 : premier ordinateur à Transistors : TRADIC (Bell)  1958 : premier circuit intégré (Texas Instrument)  1964 : langage de programmation BASIC  1965 : G. Moore énonce la loi qui porte son nom : loi de Moore  1969 : système d'exploitation MULTICS puis UNIX (Bell)  1971 : premier microprocesseur : 4004 d'Intel (4 bits, 108 KHz, 2300 transistors)  1972 : microprocesseur 8008 d'Intel (8 bits, 200 KHz, 3500 transistors)  1973 : langage C pour le développement d'UNIX  1974 : premier microprocesseur Motorola : 6800 (8 bits)  1974 : microprocesseur 8080 d'Intel Chapitre 1 : STRUCTURE D’UN ORDINATEUR ET APPAREILS MOBILES Section 1 : Ordinateur 1. Composants d’un ordinateur (architecture de Von Neumann) John von Neumannn, né Neumannn János Lajos le 28 décembre 1903 à Budapest (Hongrie), et mort le 8 février 1957 à Washington (États-Unis), est un mathématicien et physicien. Il a donné son nom à cette conception de la machine (ordinateur) qui utilise une structure de stockage unique pour conserver à la fois les instructions et les données demandées ou produites par le calcul. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 9 1.1. Système à microprocesseur Microprocesseur : circuit intégré de très haute technologie, destiné au traitement de l’information. Tout système (machine) à microprocesseur doit impérativement contenir les organes suivants : Un microprocesseur : sa tâche est d'effectuer des calculs et de gérer et synchroniser les transferts de données entre les différents organes du système ; Une mémoire morte (ROM, EPROM, EEPROM, …) : contient des programmes essentiels au fonctionnement du matériel. Ce type de mémoire n’est pas volatile. Une mémoire vive (RAM) : nécessaire pour l’exécution de tout programme. Ce type de mémoire est généralement volatile. Des périphériques d’interface ou d’E/S selon l’exigence de l'application. Ces organes sont reliés physiquement par des pistes (lignes) électriques appelées bus, tels que : le bus de données : permet la circulation des données entre les organes de la machine; le bus d'adresse : véhicule les adresses des cases mémoires et des périphériques sollicitée par le microprocesseur; le bus de commandes : véhicule l’ordre à exécuter (ex. une instruction de de lecture ou d’écriture). Ce bus est aussi utilisé pour le contrôle du bon fonctionnement des organes via des lignes spécialisées, appelées lignes d'interruptions matérielles (IRQ). Un système à microprocesseur est donc destiné au traitement automatique de l’information qu’il reçoit et restitue grâce à ses périphériques d’E/S. 1.2. Définitions  Ordinateur : une grosse machine comportant des milliers de processeurs et des unités d'entrées/sorties.  Micro-ordinateur : ordinateur dont le processeur est un circuit intégré complexe (chipset).  Unités d'entrées/sorties (E/S) ou interfaces : servent au transfert de l’information entre l'unité centrale (processeur ou ensemble de processeurs) et les unités périphériques plus lentes (ex. les contrôleurs d’accès mémoire direct).  Unité centrale : Unité Centrale de Traitement (UCT/CPU) + mémoire centrale (principale).  UCT ou CPU (Central Processing Unit) ou bien processeur : comporte l’unité de commande et de contrôle (UCC) + l’unité arithmétique et logique (UAL).  Unités périphériques : toutes les unités destinées à la lecture ou l’écriture de l’information (ex. clavier, écran, imprimante, disques durs, …). Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 10 Les entités citées ci-dessus sont reliées par des bus selon le schéma synoptique suivant :  UCC (Unité de Commande et de Contrôle) : commande et contrôle le fonctionnement de l'UAL, de la mémoire et des E/S. Elle se charge de chercher l’instruction à exécuter dans la mémoire principale (et les données qu'elles utilisent), décode cette instruction, et envoie le cas échéant un signal à l'UAL pour se préparer à l'exécution.  UAL: réalise les opérations arithmétiques, logiques et de comparaison contenus dans l’instruction et effectue aussi des échange de données avec la mémoire vive. Ci-dessous un schéma illustrant une vue interne et fonctionnelle de l'unité centrale: 1.3. Mémoires 1.3.1. Type des mémoires La mémoire en informatique est le lieu de stockage permanent ou non de l’information. On dénombre :  Les Registres : mémoire non permanente interne au CPU. On compte : - Registre mot (registre d’instruction) : Sa taille classique actuelle est 32 ou 64 bits. - Registre adresse (compteur Ordinal) : contient l'adresse d'un mot. La longueur max de l’adresse est : log2 (Nombre_de_mots_en_Mémoire Principale). Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 11  La mémoire cache : Elle peut être interne ou externe au CPU. Elle se situe entre le CPU et la RAM, entre le CPU et un disque, entre le CPU et une autre cache. Son rôle est de stocker des données récemment accédées. Sa taille varie de quelques centaines de Ko à quelques Mo mais elle est rapide par rapport à la MP.  La mémoire centrale ou principale (MP): C'est une mémoire à semi-conducteurs. Elle comporte la mémoire vive (RAM) et la mémoire morte (ROM) ainsi que ses dérivées (PROM, EPROM, …).  La mémoire de masse, permanente, secondaire ou auxiliaire : son rôle est le stockage permanent des données et est caractérisée par sa grande capacité (ex. supports magnétiques (disques durs), optiques (CD, DVD, Blu-ray) ou électriques (flash disques)). 1.3.2. Capacité et temps d’accès  Mot mémoire [word] : désigne le nombre de bits pouvant être lus ou écrits simultanément par le processeur. Sa longueur classique était de 32 bits et elle est passée actuellement à 64 bits.  Capacité (taille) d'une mémoire : c’est le nombre de bits (registres) ou d’octets [bytes] (1 octet = 8 bits) qu'elle peut contenir, ex., 1 Téra octets (To) pour certains disques durs internes, 3 To pour les disques durs externes et 4Go pour certaines Mémoires principales (RAM).  Temps d'accès mémoire : c’est le temps pour la lecture ou l’écriture d'un mot mémoire. Il varie de quelques dizaines de microsecondes (10 -6) à quelques nanosecondes (10-9 s).  Cycle mémoire : c’est le temps minimal entre 2 accès mémoire.  Débit : nombre d'informations lues ou écrites par seconde.  Temps d'accès registre : il est environ 10 fois plus court que le temps d'accès mémoire. Pour qu’il n’y ait pas de perte de temps le processeur utilise soit une mémoire entrelacée, une mémoire cache ou de nombreux registres. Ceci permet au CPU de lancer successivement des opérations d'accès à des blocs différents sans attendre la fin des transferts, chaque bloc ayant son propre registre d'adresse et son registre mot-mémoire.  Mémoire entrelacée : signifie mémoire divisée en blocs.  L’entrelacement consiste à placer les mots se trouvant à des adresses successives dans des blocs différents. Ci-après un schéma décrivant le compromis vitesse-capacité des mémoires : Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 12 1.3.3. Quelques types d'accès à la mémoire Les mémoires se diffèrent aussi par le type d’accès :  Par le contenu : mémoire adressable par le contenu (ex. mémoire cache) : La recherche s’effectue en parallèle sur toutes les cases mémoires via une clé et non via un index numérique. Le temps d'accès est constant.  Aléatoire (ex., pour la mémoire vive) : via une adresse  Mémoire à accès aléatoire [Random Access Memory (RAM)] : le temps d'accès est identique car chaque mot mémoire est associé à une adresse unique.  Direct ou semi séquentiel (ex. les disques durs, CDs,...) : accès à un bloc de données ou cylindre (contenant la donnée recherchée) via son adresse puis déplacement séquentiel jusqu'à la donnée recherchée. Le temps d'accès est variable. 1.3.4. La mémoire Principale (MP) Une MP comprend une mémoire ROM (petite capacité) pour stocker les programmes nécessaires fonctionnement du matériel, et une mémoire vive et volatile (RAM) pour l’exécution des programmes. a. Mémoire vive [Read Write Memory] Pouvant être lue et écrite. Elle est chargée d’une partie du système d'exploitation pendant le fonctionnement de l'ordinateur et de tout ou partie de programme en exécution (ainsi que ses données). Une mémoire vive peut désigner :  Mémoire volatile : si elle perd son contenu avec la coupure du courant.  Mémoire dynamique (DRAM) : si elle est volatile mais elle est rafraîchie périodiquement (ex., environ 100 fois par seconde) pour charger le condensateur qui l’alimente.  Mémoire statique (SRAM) : mémoire volatile ne nécessitant pas de rafraichissement. Elle est rapide (quelques ns) mais chères et de faible capacité (quelques Mo cache).  VRAM [Video RAM] : si elle a 2 ports pour pouvoir être accédée simultanément en lecture et en écriture.  Mémoire flash : mémoire RAM basée sur une technologie EEPROM. Le temps d'écriture est similaire à celui d'un disque dur (ex. mémoire d’appareils photos, téléphone, USB (flash) disk, MemoryStick,...).  Modules mémoire DIMM (RAM) [Dual In-line Memory Module]: groupe de puces RAM fonctionnant en 64 bits et généralement montées sur un circuit imprimé de forme rectangulaire, appelé barrette, que l'on installe sur la carte mère d'un ordinateur.  Modules SIMM [Single In-line Memory Module]: idem à DIMM mais en 32 bits. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 13 b. Mémoire morte (ROM [Read Only Memory]) Pouvant être lue mais pas (ou peu de fois) écrite. Elle contient des programmes nécessaires au fonctionnement du matériel, surtout lors du démarrage (avant le chargement du système d’exploitation dans la RAM), ce qui fait qu’elle est généralement programmée par le fabricant. Toutefois, il existe des variantes telles que :  PROM [Programmable ROM]: pouvant être écrite une seule fois par l'utilisateur.  REPROM [REProgrammable ROM]: pouvant être écrite un certain nombre de fois par l'utilisateur, ex. : - E-PROM [Erasable PROM] (effacement par exposition aux ultraviolets), - EA-PROM [Electrically Alterable PROM], - EE-PROM [Electrically Erasable PROM] (effacement par tension électrique) - Mémoire flash (~EE-PROM mais effacement par bloc pas octet par octet). Remarque : Plus on s'éloigne du processeur, plus la capacité et le temps d'accès augmentent et plus le prix diminue. Exemple d’un disque dur et de barrettes mémoires 1.3.5. Le bus En informatique, le mot bus, désigne l’ensemble des liaisons électrique (nappes, pistes de circuits imprimés, etc.) utilisées par plusieurs éléments matériels afin de communiquer entre eux. Si cette liaison relie deux éléments seulement, elle est appelée port matériel (port série, port parallèle, etc.). Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 14 1.3.5.1. Caractéristiques d'un bus Le volume d'informations transmises simultanément. Cette quantité (en bits) correspond au nombre de lignes physiques servant à envoyer les données de manière parallèle. Une nappe de 32 fils permet de transmettre 32 bits en parallèle. Sa vitesse ou sa fréquence (en Hz) exprimant le nombre de paquets de données envoyés ou reçus par seconde. Il est possible de connaître la quantité de données qu’un bus peut transporter par unité de temps, en multipliant sa longueur de mot par sa fréquence. Un bus de 16 bits, cadencé à une fréquence de 133 MHz possède donc un taux de transfert égal à : 16 * 133.106 = 2128*106 bit/s = 266*106 octets/s = 266*103 Ko/s = 266 Mo/s 1.3.5.2. Sous-ensembles de bus Un bus est formé en général de 50 à 100 lignes physiques distinctes, partagées en trois sous- ensembles fonctionnels : Le bus d'adresses (bus d'adressage ou bus mémoire) : transporte les adresses des cases mémoires où le processeur souhaite lire ou écrire une donnée. C’est un bus unidirectionnel. Le bus de données : transporte les instructions (opérations + données) à exécuter. C'est un bus bidirectionnel. Le bus de contrôle (bus de commandes) : transporte les ordres et les signaux de synchronisation issus de l’UCC vers l'ensemble des composants matériels, et aussi les réponses de ces composants à l’UCC. C'est bus bidirectionnel. 1.3.5.3. Les principaux bus On distingue généralement sur un ordinateur deux principaux bus : le bus système bus interne, en anglais internal bus ou front-side bus, noté FSB). Le bus système permet au processeur de communiquer avec la mémoire centrale. le bus d'extension (bus d'entrée/sortie) permet aux divers composants liés à 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 aussi l'ajout de nouveaux périphériques grâce aux connecteurs d'extension (appelés slots) qui lui y sont raccordées. Exemple de liaison par bus Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 15 1.3.5.4. Le bus - le décodeur d'adresses Décodeur d'adresses: à partir de l'adresse envoyée sur le bus, il envoie un signal d'activation à l'unité destinataire. Ceci permet de sélectionner une seule unité à la fois. Exemple: 1.3.5.5. Définitions relatives à l'UAL - Jeu d'instructions Jeu d’instruction : C’est l’ensemble des opérations et tâches réalisées par l'UAL. Le jeu d’instructions comporte six groupes :  Transfert de données : chargement, déplacement, stockage, transfert de données entre registre-registre ou mémoire-registre, …etc.  Opérations arithmétiques : les 4 opérations en virgule fixe ou flottante et en simple ou multiple précision.  Opérations logiques : NOT, AND, OR, XOR, …etc.  Contrôle de séquence : branchement impératif ou conditionnel, boucle, appel de procédure, …etc.  Entrées/sorties : Lecture, Ecriture, Affichage, …etc.  Manipulations diverses : décalages de bits, conversions de format, incrémentation ou décrémentation du registre, …etc. 1.3.5.6. Définitions relatives à l'unité de commande et de contrôle (UCC) UCC: commande et contrôle le fonctionnement de l'UAL, de la mémoire et des E/S. De plus, elle se charge de chercher, une par une, les instructions d’un programmes en mémoire RAM (et les Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 16 données qu'elles utilisent), décode chaque instruction et envoie un signal à l'UAL pour en déclencher l'exécution. Elle comporte :  le Compteur ordinal (CO) ou compteur de programme : contient l'adresse de la prochaine instruction à exécuter. Lorsque les instructions sont exécutées séquentiellement, le CO est augmenté de 1 à chaque cycle de CPU (chaque impulsion de son horloge); sinon, un branchement ou un saut est fait en mettant une nouvelle adresse dans le CO; cette adresse est alors utilisée pour chercher en mémoire l'instruction qui lui est relative et la mettre dans le RI.  Le registre d'instruction (RI) : contient l'instruction à exécuter. Chaque instruction comprend, - un champ code-opération (ex., le code de l'instruction sommation (+)) ; - de 0 à 4 champs opérande (i.e., les termes de l'addition).  Le Décodeur (d'instructions) : décode l'instruction à exécuter. Pendant que les adresses des champs opérande sont utilisées pour aller chercher les opérandes, le décodeur grâce au champ code opération indique au séquenceur quelle opération doit être effectuée.  Séquenceur (circuit complexe activé par le décodeur): sous l'impulsion de l'horloge système, il génère les signaux de commande (déclenchant et aussi synchronisant l'exécution des différentes unités participant à l'exécution d'une instruction),  Met à jour le Compteur ordinal (CO).  Horloge système : sert à synchroniser le travail des différentes unités participant à l'exécution d'une instruction Exemples de vision interne et fonctionnelle de l'unité centrale Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 17 1.3.5.7. Synchronisation : cycles instruction/recherche/exécution  Cycle machine (cycle de base [clock cycle]) : un cycle des signaux périodiques générés par l'horloge.  Cycle instruction : cycle de recherche suivi du cycle d'exécution. Il s'étend sur un ou plusieurs cycles machines.  Cycle de recherche : a. Lecture en mémoire (à l'adresse contenue dans le CO) de la prochaine instruction à exécuter et stockage de cette instruction dans le RI ; b. Travail du décodeur ; c. Travail du séquenceur ;  Cycle d’exécution : sous le contrôle du séquenceur, le contenu des champs opérandes sont copiés de la mémoire vers et depuis l'UAL ou vers le CO dans le cas d'un saut. 1.3.6. Unité Centrale L'unité centrale, dans le langage courant, est le boîtier principal de votre ordinateur. Elle contient vos données, les logiciels, et tous les périphériques qui y sont reliés : clavier, souris, écran, enceintes...etc. Dans un ordinateur portable, tous les composants sont reliés dans un même bloc. Remarque : L'unité centrale d’un point de vue technique (voir cours précédent) est le CPU + mémoire principale. Elle joue le rôle du cerveau de l'ordinateur. 1.3.6.1. Ouverture de l'unité centrale Pour pouvoir explorer l'intérieur d'une unité centrale, il faut d'abord éteindre l'ordinateur. Une fois l'ordinateur éteint, il faut mettre l'interrupteur de courant à 0 (dans le cas où il existe). Il se trouve à l'arrière de l'unité centrale. Débrancher ensuite le câble de courant (très important). Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 18 Une fois l'ordinateur éteint, mettre l'interrupteur sur 0 et débrancher le câble L'ouverture se fait généralement en enlevant les 2 vis de droite quand vous regardez de derrière. Sur les ordinateurs récents elles se retirent sans l'aide de tournevis. Faites ensuite glisser la façade vers l'arrière, et écartez-la de l'unité centrale. Attention : Evitez de toucher les pistes électriques des cartes ainsi que les composants à mains nues, à cause de l'électricité statique et de l'humidité de vos doigts. 1.3.6.2. L'intérieur de l'unité centrale Voici une unité centrale ouverte. Nous allons passer en revue les différents éléments. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 19 1.3.6.3. Le bloc d'alimentation L'alimentation, c'est la centrale électrique de l'ordinateur. Elle reçoit le courant 230V/50Hz (110V/60Hz en Amérique du nord) et le converti en 12 Volts et 5V à différents ampérages. Des câbles colorés en sortent pour aller alimenter chaque élément de l'unité centrale. Sa caractéristique principale est sa puissance nominale. 1.3.6.4. Le/Les lecteurs CD/DVD/Blu-Ray Les lecteurs de disques : CD, DVD et même Blu-Ray (pour les plus récents) sont généralement placés en haut de l'unité centrale dans un compartiment adapté. Les lecteurs récents ont généralement également la capacité de graver des disques vierges. 1.3.6.5. La carte graphique La carte graphique sert d’interface entre l’unité centrale et l’écran d’affichage. Elle converti les informations électriques de l'ordinateur en signaux image exploitable par l’écran. Les cartes graphiques récentes sont de véritables petites unités centrales dont le rôle exclusif est de s'occuper du calcul et de l'affichage, notamment pour les jeux vidéo, les montages vidéo et les logiciels professionnels de modélisation 3D. Le processeur de la carte graphique est le GPU (Graphics Processing Unit). 1.3.6.6. Emplacements pour d'autres cartes Des emplacements libres vous permettront de brancher des cartes supplémentaires : pour rajouter des branchements USB, une carte Wi-Fi pour avoir un réseau sans fil sur votre ordinateur fixe... Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 20 1.3.6.7. Les ventilateurs Les composants (processeur, circuit intégrés, transistors, résistances, …etc.) à l’intérieur de l’unité centrale chauffent et parfois même beaucoup, pour cela des ventilateurs et radiateurs sont placés stratégiquement pour extraire la chaleur et refroidir ces composants. Nous allons nous intéresser dans ce cours, en particulier, aux mémoires qui composent un ordinateur : les disques durs qui servent à stocker les données, et la mémoire vive. 1.3.7. Disques durs Le disque dur est un composant d'un ordinateur. C'est la mémoire de l'ordinateur puisque son rôle est de stocker des données informatiques. Le disque dur contient le système d’exploitation (ex.Windows), vos programmes installés ainsi que vos données personnelles. Lorsque vous enregistrez un document, (dans le dossier Mes documents par exemple), les données sont stockées sur le disque dur. Sa grande capacité de stockage permet de stocker énormément d’informations. Question : Comment ça marche un disque dur ? Comment les données sont-elles stockées et sous quel format ? Voici à quoi ressemble un disque dur à l'intérieur : Le disque dur est composé de plusieurs plateaux cylindriques (2, 3 ou 4 disques en aluminium) empilés sur lesquels une couche magnétique est déposée. Des têtes de lecture/écriture s'occupent de parcourir les disques afin de lire ou écrire magnétiquement des informations. Selon l'intensité du magnétisme émis par la tête sur la surface, un 1 ou un 0 y est inscrit. C'est le langage binaire, composante de base de l'informatique. Les plateaux restent constamment en rotation. Du fait qu'ils sont composés de pièces mécaniques qui bougent et qui tournent, les disques durs sont des mécanismes assez lents pour lire et écrire des données. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 21 1.3.7.1. Que stocke un disque dur ? Le disque dur stocke toute la mémoire de votre ordinateur, c'est-à-dire : 1. Le système d’exploitation (Windows, linux, …etc.) 2. Les logiciels 3. Les données personnelles Votre disque dur est listé dans l'icône "Ordinateur" de Windows. L'icône représentant votre disque porte la lettre "C:". Si votre ordinateur possède un deuxième disque, vous aurez une icône "Disque local (D:)". La fenêtre "Ordinateur" sur Windows et l'icône représentant votre disque (C:) 1.3.7.2. Capacités et Octets Pour rappel, l'unité de grandeur de capacité en informatique est l'octet. Un disque dur possède une très grande capacité afin d'être capable de stocker vos données, le système et les logiciels. Aujourd'hui un disque dur atteint plusieurs To (Téra Octets) soit 1000 Go (Giga Octets) soit mille milliard d'octets. On trouve des disques dur généralement entre 500Go et 2To. C'est une capacité énorme qui vous permettra de stocker des centaines d'heures de vidéo et plusieurs milliers d'heures de musique, et quelques milliards de documents texte. 1.3.7.3. La relève : Les disques durs SSD Les technologies évoluant constamment, le matériel aussi, un nouveau type de disque dur fait son apparition et remplacera à l'avenir nos disques durs conventionnels : les disques durs SSD (solid-state drive). Ces disques fonctionnent à base de semi-conducteurs et se passent donc de parties mécaniques, améliorant ainsi grandement la vitesse de lecture et d'écriture des données. Un SSD est matériellement plus solide qu'un disque dur classique. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 22 1.3.7.4. 1.5 Autres utilisations de disques durs Disque dur externe Le disque dur externe est un périphérique amovible que l'on branche et débranche (généralement par USB) à l'ordinateur pour faire des sauvegardes de données. Le boitier contient un disque dur comme dans un ordinateur. Il existe aussi des disques durs externes SSD, leur capacité peut atteindre de nos jours les 3To. 1.3.8. Le Processeur Le Processeur est le cerveau de l'ordinateur, c'est lui qui organise les Définition: Processeur 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 (affiche votre système à l'écran, lance vos programmes, musiques, jeux, …etc.). Sa puissance est exprimée en Hz, aujourd'hui un processeur de PC dépasse les 3.5 Ghz (Giga, milliards) et certains ordinateurs sont équipés de plusieurs processeurs. Electroniquement, Le processeur est une puce (circuit intégré très complexe) d'environ 4cm de côté et quelques millimètres de hauteur, qui chauffe beaucoup car il est très sollicité. Il est surplombé d'un radiateur : de fines lamelles métalliques qui vont capter la chaleur émise par le processeur. Au-dessus du radiateur, un ventilateur va se charger d’évacuer cette chaleur. 1.3.8.1. Puissance de calcul et caractéristiques La puissance de calcul d'un processeur est exprimée en Hertz (Hz). Aujourd'hui les processeurs de PC dépassent les 3.5 GHz (Giga Hertz = Milliards de Hertz) soit plusieurs milliards de calculs par seconde. Cependant, à force de miniaturiser les composants informatiques, les processeurs semblent atteindre leur limite. Aujourd'hui les ordinateurs sont donc équipés de plusieurs processeurs qui fonctionnent en parallèle afin d'augmenter leurs puissances. Ces Processeurs contiennent plusieurs cœurs (core) : 2, 4 et même 8 cœurs pour le grand public (1 cœur : équivalent 1CPU ou deux processeurs logiques). Ainsi, le processeur i7 d’Intel comprend 4 cœurs (8 processeurs logiques). Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 23 Enfin le choix d’un processeur de nos jours repose sur quelques caractéristiques clés qui sont :  Le nombre de cœurs : pour tirer profit du parallélisme des tâches (exécution en même temps de plusieurs tâches)  La mémoire cache : Les processeurs récents comptent à présent trois niveaux de cache. : - Le cache L1 est petit mais exceptionnellement rapide. Il ne contient que les données et instructions absolument nécessaires aux programmes en cours d’exécution. - Le L2 est plus gros et un peu moins véloce et stocke des données et/ou instructions qui ont récemment servi ou risquent de servir. - Le L3 est de capacité importante mais relativement « lent ». Outre ses fonctions de cache, il assure la communication entre les différents cœurs. Quand un processeur graphique est intégré au sein même du processeur (ce qui est de plus en plus courant), le cache L3 lui est aussi accessible. Pour une famille de processeurs, la taille des caches L1 et L2 ne varie généralement pas. La taille du cache L3 est souvent proportionnelle au nombre de cœurs. Plus ils sont nombreux, plus ce cache est gros…  La fréquence : Symbolise la puissance des processeurs. Les constructeurs ont « réinventé » le mode Turbo qui permet aux processeurs de dépasser, largement dans certains cas, leur fréquence annoncée quand un seul cœur est utilisé (ex. un Core i7 3960X annoncé à 3,3 GHz (quand tous les cœurs fonctionnent au maximum) peut grimper à 3,9 GHz si un seul cœur est sollicité. Afin d’économiser de l’énergie, les processeurs ont également une fréquence basse de l’ordre de 1 GHz…).  La puce graphique : la plupart des processeurs de nos jours embarquent une puce HD Graphics 2000 ou 3000. Ce GPU intégré suffit à toutes les tâches bureautiques et même à des jeux à condition de limiter la résolution. 1.3.8.2. Principaux acteurs du marché Les deux principaux constructeurs de processeurs actuellement sont AMD et Intel. Intel a été créé en 1968 et c'est actuellement le premier constructeur mondial de processeurs. AMD a été fondé en 1969 en Californie, c'est le deuxième constructeur mondial de processeurs. 1.3.9. La carte mère La carte mère est une carte électronique permettant d'interconnecter tous les circuits imprimés d'un ordinateur entre eux. C'est la plus Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 24 grosse carte de l'ordinateur qui va centraliser toutes les données et les faire traiter par le processeur. Le processeur est enfichable sur la carte mère via le socket (le support LGA 1156 sur l’image). Les barrettes de RAM ont des emplacements appelés banques de mémoires ou SLOT. Les cartes graphiques, son ou réseaux externes sont enfichables sur les ports PCI ou PCI-Express. Les disques durs et les lecteurs CD/DVD sont reliés à la carte mère via les connecteurs IDE (anciens) ou SATA (récents). Les branchements pour le clavier et la souris (USB ou PS/2), le réseau et le multimédia qui se trouvent à l'arrière de l'unité centrale, sont directement implantés sur la carte mère. La sortie de l’alimentation (12V et 5V) étant enfichée directement sur la carte mère, cette dernière réalise quelques transformations et fournie à chaque élément qui lui y connecté le niveau d’énergie nécessaire à son fonctionnement (ex. 1.5V pour le CPU et 1.65V pour la RAM). Les lecteurs comportant des organes mécaniques (disque dur magnétique, lecteur CD/DVD) tirent leurs énergies directement de l’alimentation. 1.3.10. GRAPHIQUE Les cartes sont dotées de leur propre mémoire directement sur la carte. Celle-ci est utilisée pour stocker les images pendant leur traitement. La taille de cette mémoire détermine la résolution et le nombre de couleurs maximum supporté, ainsi que le nombre de trames d’écran qui pourront être stockées. L'ajout de mémoire vive n'augmente pas la vitesse de la carte graphique, car la vitesse dépend du bus et du processeur graphique, alors que la résolution dépend de la mémoire. Le montant de mémoire requis peut être facilement calculé selon la règle suivante. Chaque pixel affiché doit pouvoir être stocké en mémoire, le nombre de pixels étant défini par la résolution utilisée. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 25 Par exemple, un écran affichant 1024 par 728 pixels contient 786.432 pixels. Ensuite, il est nécessaire de tenir compte du nombre de couleurs affichées simultanément. Pour 2 couleurs, 1 bit suffit, alors qu'il en faut 4 pour 16 couleurs différentes. Par exemple, pour un affichage de 1024x728 en 16 couleurs, il faut multiplier 786.432 pixels par 4 bits ce qui permet d'obtenir 3.145.728 bits, soit 384Ko. Si le nombre de couleurs est de 256, il faut compter 8 bits par pixels, soit un total de 768Ko. Ces 768 Ko représentent une image, alors que, selon son taux de rafraîchissement, l’écran va en afficher jusqu’à 100 par seconde. Un manque de mémoire vidéo aura pour résultat un affichage saccadé. Pour une résolution de 1.024 X 768 en 16,7 M. de couleurs, chaque trame pèse près de 2,4 Mb. Il faut donc une carte vidéo nantie d’un strict minimum de 4 Mb pour pouvoir la construire. Plus la capacité en mémoire de la carte vidéo sera élevée, plus elle sera capable de stocker un nombre élevé de trames et de les servir à l’écran au rythme voulu. Le processeur et le chipset graphique sont liés à la mémoire vidéo par un bus d’une largeur comprise entre 64 et 128bits. Plus cette valeur est élevée, plus les transferts entre le CPU et la mémoire sont performants. 1.3.10.1. CONNECTIQUES DE CARTES GRAPHIQUES Il existe plusieurs types de branchements pour relier votre unité centrale, donc votre carte graphique, à votre écran.  VGA : La connectique VGA (Video Graphic Array), de couleur bleue, est le plus ancien des branchements d'un ordinateur. Encore beaucoup d'ordinateurs possèdent ce type de branchement.  DVI : Le DVI (digital Visual interface), de couleur blanche, est le remplaçant du VGA, et permettant de meilleures performances d'affichage à l'écran (surtout utile pour la vidéo et les jeux). Si votre carte graphique et votre écran possèdent ce branchement, préférez-le au VGA.  HDMI : Le HDMI est un branchement universel faisant référence à la Haute Définition, que nous avons vu dans le chapitre précédent, et visant à remplacer la Péritel. Un branchement HDMI sur votre ordinateur vous permettra de le relier très facilement à un écran de télévision, afin de regarder les films de votre ordinateur sur votre téléviseur.  LE MULTI-ECRAN : Les cartes graphiques équipées de plusieurs branchements, par exemple 2 DVI ou un DVI et un VGA offrent la possibilité de brancher 2 écrans sur le même ordinateur afin d'étendre l'espace de travail Windows, ce qui peut s'avérer très pratique pour ceux qui travaillent avec beaucoup de fenêtres ouvertes. 1.3.11. LES SCANNERS Un scanner est un périphérique d'entrée destiné à transformer en fichier un motif existant sur papier ou à lire et à interpréter (avec l’aide d’un logiciel OCR) un texte imprimé. Pour exécuter ces deux taches (transformer, et interpréter) le scanner est équipé d’un lecteur optique qui se déplace à la façon d’un photocopieur, lit le contenu de la feuille et l'affiche à l'écran. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 26 La qualité du document original déterminera la qualité du résultat final. Pour une lecture et une interprétation optimale, il faut un original imprimé sans bavures, avec des caractères bien dessinés, et surtout, qui ne se touchent pas. Le programme d’OCR travaillant en reconnaissant la forme d’un dessin (le caractère), comme le complément d’un certain code, qu’il renverra pour reconstituer le texte, il ne reconnaîtra pas le « dessin » de deux caractères qui se touchent et forment ainsi un autre motif. Certains systèmes possèdent une capacité d’apprentissage et sont à même d’interpréter l’écriture manuelle, moyennant une phase de mise en correspondance. La phase d’apprentissage sera à recommencer à chaque nouvelle écriture manuelle, via un fichier de correspondance différent. 1.3.12. LES PROJECTEURS Le projecteur est un périphérique de sortie vidéo qui n'intègre pas d'écran d'affichage dans le boîtier principal. Au lieu de cela, l'écran du projecteur envoie un faisceau de lumière contenant l’image sur un écran externe, à la manière d'un projecteur de cinéma. 1.3.13. ALIMENTATION ELECTRIQUE DU SYSTEME Une alimentation électrique prend en charge le support énergétique de tous les composants internes. Il faut veiller à posséder une alimentation suffisamment puissante afin de pouvoir faire face sans défaillance à la demande de tous les périphériques présents ou à venir. L'alimentation est aussi la partie la plus bruyante de l'ordinateur, vu le ventilateur qu'elle renferme et qui lui permet de maintenir la température à des niveaux acceptables. L'adoption des boitiers ATX et des BTX ensuite, répond, en partie, à la nécessité d'améliorer la ventilation et le refroidissement. Une alimentation délivre principalement 3 tensions : 12V, 5V et 3,3V. Elle délivre aussi des tensions négatives : -12V, -5V, et -3,3V qui ne délivrent que peu de puissance. Il existe des alimentations dont la ventilation est thermorégulée : pour faire le moins de bruit possible, la vitesse du ventilateur varie en fonction de la température de l'alimentation. Plus elle chauffera, plus il tournera vite et inversement. La puissance idéale se situe aujourd'hui entre 500 et 600 W mais reste à calculer selon les cartes dont le pc sera équipé. Il peut y avoir différents types de connecteurs sur une alimentation (selon sa génération):  Celui de la carte-mère, qui est rectangulaire et possède une vingtaine de fils (parfois composé de 2 éléments).  Les prises Molex, qui alimentent les périphériques 3,5 pouces et 5,25 pouces en PATA.  L'alimentation du lecteur de disquette.  L'alimentation des disques durs SATA. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 27  Le branchement des façades lumineuses ou encore de ventilateurs intégrés au boîtier. La puissance délivrée par une alimentation est très variable. Quand l'alimentation est donnée pour 400 Watts sur l'emballage, il est rare qu'elle en délivre concrètement plus de 350 en usage normal. Le rendement d'une alimentation est également très important. Lorsque 600 Watts sont consommés depuis la prise de courant, le PC consomme en réalité +- 500 Watts, les 100 Watts restants sont dissipés par l'alimentation sous forme de chaleur. Le rendement se définit comme suit : Rendement = Puissance utile / Puissance consommée. Il est toujours inférieur à 1 (car il existe toujours des dégradations). Plus le rendement se rapproche de 1 (et donc de 100%) et meilleure est l'alimentation. Il existe une norme récente intitulée "80 plus". Cette norme signifie qu'une alimentation dotée de ce label aura un rendement au moins égal à 80% et ce lorsqu'elle est chargée à 25%, 50% et 100%. Disposer d'une alimentation possédant ce label est généralement gage de qualité et d'économies. 1.3.14. LOGICIELS (SOFTWARE) Le software, mot fabriqué pour les besoins de la cause en remplaçant hard (dur) par soft (mou), désigne au contraire tout ce qui n'est pas matériel, tout ce qui peut être facilement modifié, tout ce qui par analogie peut être assimilé à la matière grise. Il existe trois grandes catégories de logiciels :  LES PROGRAMMES RESIDENTS Les programmes résidents sont l’ensemble des données indispensables au démarrage d’un système (ordinateur) qui sont contenu dans les différentes mémoires de type ROM, parmi lesquelles nous citerons : 1.3.15. LE BIOS Le BIOS est un programme permettant de piloter les interfaces d'entrée sortie principales du système, d'où le nom de BIOS ROM donné parfois à la puce de mémoire morte de la carte-mère qui l'héberge.  LE CHARGEUR D'AMORCE Le chargeur d’amorce : un programme permettant de charger le système d'exploitation en mémoire (vive) et de le lancer. Celui-ci cherche généralement le système d'exploitation sur le lecteur de disquette, puis sur le disque dur, ce qui permet de pouvoir lancer le système d'exploitation à partir d'une disquette système en cas de dysfonctionnement du système installé sur le disque dur. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 28  LE SETUP CMOS Le Setup CMOS, c'est l'écran disponible à l'allumage de l'ordinateur permettant de modifier les paramètres du système (souvent appelé BIOS à tort...).  LE POWER-ON SELF TEST Le Power-On Self Test (POST), programme exécuté automatiquement à l'amorçage du système permettant de faire un test du système (c'est pour cela par exemple que vous voyez le système "compter" la RAM au démarrage). 1.3.16. LES SYSTEMES D’EXPLOITATION Le système d’exploitation est le programme central qui contient les éléments de base nécessaires au bon fonctionnement de l’ordinateur. Il sert d'intermédiaire entre la machine et l'utilisateur. Autrement dit, il est un ensemble de programmes qui sert d'interface entre le matériel et les logiciels application. Les rôles du système d’exploitation peuvent se résumer de la manière suivante :  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 MEMOIRE 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 ». Ceci 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.  GESTION DES ENTREES/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'EXECUTION DES APPLICATIONS : Le système d'exploitation est chargé de la bonne exécution des applications en leur affectant les ressources nécessaires à leur 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.  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. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 29 Il existe plusieurs familles de systèmes d’exploitation parmi lesquelles nous citerons :  GNU/Linux : Debian, Fedora, Gentoo, Mandriva, RedHat, Slackware, SuSE, Ubuntu  Mac OS : Système 5, 6, 7, 8, 9, et Mac OS X 0, 1, 2, 3, 4,.5, Server  Microsoft Windows : 3.x, 95, 98, Me ; NT 3.5x, 4.0, 2000, XP, 2003 ; Vista, Seven, Eight, Ten,  BSD : FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, DragonFly BSD, PC-BSD  Autres: Android, AmigaOS, BeOS, Inferno, LynxOS, Haiku OS, OS/2, QNX, Solaris, UNIX, MVS, OS/400, Plan 9, ReactOS, ZETA, FreeDOS Chapitre 2 : STRUCTURE DES TELEPHONES MOBILES Un téléphone mobile, également nommé téléphone portable (ou simplement mobile et portable), téléphone cellulaire (en Amérique du Nord), natel (en Suisse), GSM ou familièrement G (en France), permet de communiquer par téléphone sans être relié par câble à une centrale. Les sons sont transmis par des ondes électromagnétiques dans un réseau spécifique. On peut donc communiquer de tout lieu où une antenne de relais capte les émissions de l’appareil utilisé. Le fait qu’il n’y ait que trois opérateurs sur le marché français (Orange, Bouygues Télécom, SFR), implique que le coût de la téléphonie mobile en France est particulièrement élevé en comparaison des tarifs pratiqués dans les pays voisins. 1. Les normes  Advanced Mobile Phone System (AMPS) : Norme analogique de première génération déployée aux États-Unis à partir de 1976.  CDMA 2000 : Évolution de troisième génération (3G) du CDMA (incompatible avec l'UMTS) principalement destiné à être déployé en Amérique du Nord.  Code Division Multiple Access (CDMA) : Norme de seconde génération dérivée de la norme ANSI-41, mais dont les brevets appartiennent à la société étatsunienne Qualcomm.  Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE) : Norme dérivée du GSM permettant un débit de données plus élevé pour un utilisateur stationnaire.  General Packet Radio Service (GPRS) : Norme dérivée du GSM permettant un débit de données plus élevé. On le qualifie souvent de 2,5G.  Global System for Mobile Communications (GSM) : Norme numérique de seconde génération (2G) mise au point par l'ETSI sur la gamme de fréquence des 900 MHz. Une variante appelée Digital Communication System (DCS) utilise la gamme des 1 800 MHz. Cette norme est particulièrement utilisée en Europe, en Afrique, au Moyen-Orient et en Asie.  Radiocom 2000 : Norme analogique de première génération (1G) déployée en France par France Télécom.  Universal mobile telecommunications system (UMTS) ou Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) : Évolution de troisième génération du CDMA (incompatible avec le CDMA-2000), soutenu par l'Europe et le Japon. 2. Les normes annexes  i-mode : Protocole permettant de connecter des téléphones portables à Internet. Le langage utilisé pour les sites est une version modifiée de HTML appelée C-HTML. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 30  Multimedia Messaging Services (MMS) : Service de messagerie multimédia pour téléphones portables.  Personal Ring Back Tone (PRBT) : Service qui permet aux abonnés d'un opérateur de remplacer leur sonnerie d'attente habituelle par des musiques  Short Message Service (SMS) : Service de messagerie pour téléphones portables, permettant l'envoi de messages écrits de 160 caractères maximum. Ce canal peut également être utilisé pour transférer des données (carte de visite, données applicatives pour la carte SIM, sonneries, logos...)  Wireless application protocol (WAP) : Protocole permettant de connecter des téléphones mobiles à Internet. Toutefois, le langage utilisé pour les sites destinés au WAP utilisent un langage de balisage spécifique, le WML. 3. Introduction À L'architecture Des Smartphones Il s'agit d'une introduction rapide à l'anatomie d'un combiné de smartphone destiné aux débutants. Une introduction complète mais lisible à ce qui se passe derrière l'écran pour faire de votre smartphone ce qu'il est. Si vous vous trouvez accablé de jargon fantaisiste et d'explications verbeuses dans vos manuels, il s'agit d'un simple article de blog de 5 minutes que vous pouvez lire, court et agréable. Et, si vous commencez tout juste à comprendre l'architecture des smartphones, cela est également utile. Nous aborderons les sujets suivants concernant votre smartphone :  Architecture matérielle  Conception de la communication  Exécution de l'application utilisateur  Périphériques importants  Processeurs Architecture matérielle des téléphones intelligents Chaque smartphone moderne utilise aujourd'hui une architecture System on a Chip (SoC) avec les 3 composants principaux suivants :  Processeur d'application exécutant le logiciel d'application de l'utilisateur avec des instructions du middleware et du système d'exploitation (OS)  Un processeur de bande de base (ou modem) avec ses propres composants de système d'exploitation effectuant la transmission et la réception radio en bande de base de l'audio, de la vidéo et des données  Divers périphériques pour l'interface utilisateur Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 31 Conception de communication pour smartphone : Récepteur (RX) o Le matériel RX (partie du processeur de bande de base) reçoit les signaux entrants et génère des interruptions pour l'interface radio dans le système d'exploitation (l'interface radio et le logiciel du système d'exploitation fonctionnent sur un processeur de bande de base ou modem) o Après la réception, une prise de contact de couche physique prend place. Ensuite, l'audio, la vidéo et les données entrantes sont traitées par le processeur du modem o Les composants du système d'exploitation radio communiquent avec les pilotes de périphériques pour transmettre les données entrantes à l'utilisateur via l'appareil (écran, haut-parleur, etc.) Émission (Émission) o Les pilotes de l'appareil écrivent les données à transmettre dans la mémoire, à partir de laquelle les composants du système d'exploitation radio les collectent (par exemple, l'audio du microphone, ou l'image/vidéo de la caméra, la position du GPS) o Ces données sont ensuite traitées par le processeur du modem selon le protocole de transmission o Transmission initiée par l'interface radio via le matériel transmis Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 32 o Le module d'identification de l'abonné (SIM) joue un rôle important dans la réception et la transmission Exécution de l'Application Utilisateur dans un Smartphone : Le processeur d'application exécute les applications utilisateur et les programmes OS associés o Applications telles que codec et lecteurs audio / vidéo, jeux, traitement d'image, traitement de la parole, navigateur Internet, éditeur de texte, etc. o Les applications gourmandes en graphisme (la majorité) sont exécutées avec l'aide du GPU o Les téléphones intelligents modernes ont une grande mémoire volatile (SDRAM) de 1 à 2 Go et un stockage non volatile plus important, généralement plus de 10 Go o La plupart du temps, un système d'exploitation traditionnel (Linux) est utilisé après avoir été dépouillé et optimisé pour les smartphones Périphériques importants dans un smartphone Les périphériques sont des dispositifs d'entrée/sortie (E/S) par lesquels l'utilisateur final interagit avec le combiné. Bien sûr, le système d'exploitation nécessite un logiciel pilote installé pour chaque périphérique. Les périphériques typiques sont LCD, écran tactile, clavier, appareil photo, GPS, haut- parleur, microphone, Bluetooth, WiFi, HDTV Processeurs dans les smartphones Les processeurs utilisés dans un smartphone sont assez différents de ceux utilisés dans un PC ou un ordinateur portable car ils ont des contraintes de conception différentes. L'astuce consiste à équilibrer la consommation d'énergie par rapport aux performances. C'est le principal compromis de conception. L'utilisation d'un processeur Intel Core i7 videra la batterie en quelques minutes à plat tandis que l'utilisation d'un microprocesseur 8 bits ne fournira pas assez de puissance pour exécuter votre navigateur et YouTube. Le marché est régi par Advances RISC Machines (ARM), une société britannique sans usine qui vend ses conceptions de processeurs pour smartphones à tous les principaux fabricants de semi- conducteurs. ARM a gagné le jeu parce que ses conceptions sont optimisées pour la durée de vie de la batterie par rapport aux performances et ont une faible surface et un faible nombre de transistors. Ceci est important pour fournir un petit facteur de forme et une consommation réduite de la batterie. Le processeur du modem est un processeur ARM séparé ou un processeur étendu par un DSP (le codage et le décodage de la bande de base impliquent de nombreux calculs). Certaines architectures utilisent également un accélérateur de modem avec le cœur du processeur. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 33 Un processeur ARM typique dans un smartphone moderne Un smartphone moderne est susceptible d'avoir plusieurs cœurs de processeur d'application (2, 4 ou même 8). Le Samsung Galaxy S4 i9500 se décline en deux configurations possibles : o ARM Krait quadricœur à 1,9 GHz + GPU Adreno de Qualcomm o 1,6 GHz quad-core ARM Cortex A-15 + 1,2 GHz quad-core ARM Cortex-A7 + GPU PowerVR d'Imagination (seulement 4 sur 8 sont actifs à la fois)  L'iPhone 5 d'Apple o Swift double cœur 1,3 GHz (basé sur ARM v7) + GPU PowerVR  Nokia Lumia 920T o GPU Qualcomm Krait + Adreno double cœur 1,7 GHz  Lenovo K900 o Processeur graphique Intel Atom Z2580 + PowerVR double cœur 2 GHz  Samsung Nexus 10 o Processeur graphique ARM Cortex-A15 + ARM Mali-T604 double cœur à 1,7 GHz  Asus Nexus 7 Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 34 o Plate-forme Nvidia Tegra 3 + ARM Cortex-A9 quadricœur 1,2 GHz + GPU Nvidia GeForce ultrabasse consommation Ces processeurs multi cœurs font du bon travail pour fournir des performances puissantes, même s'ils peuvent encore décharger votre batterie plus que vous ne le souhaitez. Maintenant que nous sommes arrivés à la fin de cette introduction rapide, j'espère que vous avez une bonne compréhension des bases. Voici quelques questions très simples auxquelles vous devez répondre : 1. Quel smartphone avez-vous ? 2. Quels processeurs possède-t-il ? Existe-t-il un GPU dédié ? 3. Quel est le stockage total ? À la fois volatil et non volatil 4. Quels sont les périphériques ? Chapitre 3. PROGRAMMATION AVEC L’ASSEMBLEUR Le programme Un programme, c'est tout ce qui fonctionne sur votre ordinateur, par exemple : Un jeu vidéo, un lecteur vidéo (comme Windows Media Player par exemple), ou même un truc tout simple comme le bloc-notes de Windows. Un programme est une suite d'instructions données à l'ordinateur. Elles sont écrites à l'avance par le programmeur. Lorsque vous mettez le programme en marche, l'ordinateur applique en ordre les instructions écrites dans le programme, ce qui donne à l'écran le programme que vous vouliez. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 35 Retenez donc bien : une instruction est un ordre que l'ordinateur doit suivre. L'ordinateur va suivre les instructions dans l'ordre où vous les avez écrites. Voici un schéma pour illustrer ceci : Les instructions apparaissent en vert. Comme vous pouvez le voir, le programme est constitué d'instructions. L'ordinateur va les lire et les appliquer en ordre. A la base, le binaire servait en mathématiques à d'autres choses, mais les inventeurs de l'ordinateur l'ont utilisé pour écrire les instructions. Chaque instruction a son code composé de 1 et de 0. Il est unique et non modifiable. Ces instructions écrites en binaire forment ce qu'on appelle le langage machine. C'est-à-dire le langage compréhensible par la machine. ;) En résumé, tous les programmes utilisables sur un ordinateur sont écrits en langage machine. C'est- à-dire qu'ils sont composés uniquement d'instructions écrites avec des 0 et des 1. Vous vous souvenez de notre schéma d'un programme ? Voici donc maintenant, à quoi ça ressemble en réalité, c'est-à-dire avec les instructions codées en binaire. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 36 L'assembleur A chaque instruction en langage machine, (c'est-à-dire, je vous le rappelle, codée en binaire), ils ont fait correspondre un ou plusieurs mots composés de lettres et de chiffres humains. Ca s'appelle le langage assembleur. On peut donc taper notre programme en langage assembleur. Puis, lorsqu'on a terminé, on lance un logiciel, qui va remplacer les instructions écrites en langage assembleur par les instructions correspondantes en langage machine. L'ordinateur ne comprendra rien, puisque la seule langue qu'il connait est le langage machine. Voici un schéma qui montre un programme écrit en langage assembleur : Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 37 Le langage assembleur : Il possède les mêmes instructions que le langage machine. A la seule différence que ces instructions sont écrites en lettres humaines. Chaque instruction en langage machine à une instruction en langage assembleur qui lui correspond et qui veut dire exactement la même chose. On l'appelle parfois "l'assembleur" tout court, à ne pas confondre avec "l'Assembleur". L'Assembleur : C'est le nom du programme qui traduit du langage assembleur en langage machine. A ne surtout pas confondre avec le langage assembleur. Ce dernier étant le langage dans lequel on écrit, alors que l'Assembleur est le programme traducteur. Pour empêcher la confusion, lorsque je parlerai du langage, j'écrirai "assembleur" sans majuscule, et lorsque je ferai référence au programme j'écrirai "l'Assembleur" avec un "A" majuscule. L'assemblage : C'est l'acte de traduire du langage assembleur en langage machine. On dit que l'Assembleur assemble un programme. C'est-à-dire qu'il le traduit en langage machine. Nous allons peu à peu utiliser ce mot là, à la place du mot "traduire". asm ou ASM : C'est l'abréviation du langage assembleur. Le langage ASseMbleur ;). Et voici maintenant un schéma qui montre le travail de l'Assembleur : Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 38 MASM Il existe plusieurs Assembleurs ! Chacun a son propre langage, que l'on appelle une syntaxe. Il y a donc autant de langages assembleur qu'il y a d'Assembleurs. le résultat en langage machine est exactement le même, peu importe l'Assembleur utilisé. L'unique différence réside dans le langage utilisé qui différera légèrement selon l'Assembleur. Voici une liste non exhaustive des Assembleurs existants : MASM GoASM NASM FASM TASM... Nous utiliserons l’assembleur MASM. Ce qui veut dire Macro Assembler. C'est l'Assembleur de Microsoft. Comme on l'a dit, ainsi que chaque Assembleur, il possède son propre langage assembleur. Nous l'appellerons la syntaxe de MASM. La seule chose que vous devez savoir est qu'un programme assemblé sur un OS, ne fonctionnera pas sur un autre OS. Il faudra l'assembler à nouveau dans l'OS dans lequel vous voulez qu'il fonctionne. Pour résumer très brièvement ce chapitre, nous avons vu qu'il existe deux façons d'écrire un programme : 1. En langage machine 2. En langage assembleur Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 39 Retenez bien que l'on utilise exactement les mêmes instructions en langage assembleur qu'en langage machine, la seule et unique différence réside dans la façon de les écrire. (Souvenez-vous des schémas). On n'utilisera, bien entendu, jamais la première technique, la seconde étant mille fois plus simple (et je n'exagère presque pas). Mais sachez que pendant la seconde guerre mondiale, le langage assembleur n'ayant pas encore été inventé, les programmes gérant les trajectoires des bombes étaient écrits directement en langage machine. CHAPITRE IV : RÉSEAU INFORMATIQUE 1. DEFINITIONS ET CONCEPTS DE BASE 1.1. LE RESEAU Un réseau n’est rien de plus que deux ou plusieurs ordinateurs reliés par câble, ou par ondes radio dans certains cas, afin de pouvoir échanger des informations. Le terme réseau itinérant est un magnifique trait d’humour caractéristique des mordus d’informatique. Pour créer un réseau, vous devez relier tous les ordinateurs de votre bureau avec des câbles et utiliser une carte réseau (une carte dotée d’un circuit électronique à intégrer dans votre ordinateur et qui dispose d’une prise spéciale à l’arrière de l’ordinateur). Ensuite, vous configurez votre système d’exploitation pour que le réseau fonctionne. Et voilà, vous disposez d’un réseau opérationnel. Si vous ne voulez pas vous encombrer de câbles, vous pouvez opter pour un réseau sans fil. Chaque ordinateur est doté d’un adaptateur spécial équipé d’antennes en forme d’oreilles de lapin. Les ordinateurs peuvent ainsi communiquer entre eux sans l’aide de câbles. La Figure ci-dessous représente un réseau type composé de quatre ordinateurs. Vous pouvez voir que les quatre ordinateurs sont connectés via un câble à un appareil central nommé switch ou commutateur. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 40 1.2. FINALITE D’UN RESEAU Les réseaux informatiques sont assez pénibles à mettre en place. Alors, quel est l’intérêt de le faire ? Les avantages que procure la mise en place d’un réseau annulent essentiellement la peine que représente son installation. Nul besoin de multiplier le verbiage sur ce sujet pour faire comprendre l’avantage des réseaux. Pour être plus précis, les réseaux permettent de partager trois éléments : les fichiers, les ressources et les programmes. Partage de fichiers Les réseaux vous permettent de partager de l’information avec d’autres ordinateurs connectés au réseau. Vous pouvez partager les fichiers de plusieurs manières, en fonction de la configuration de votre réseau. Le moyen le plus direct consiste à envoyer un fichier en pièce jointe à un courrier électronique, depuis votre ordinateur sur l’ordinateur de votre ami. Ce dernier peut aussi accéder à votre ordinateur par le réseau et récupérer le fichier sur votre disque dur. Vous avez également la possibilité de copier le fichier sur le disque dur d’un autre ordinateur puis d’indiquer son emplacement à votre ami pour qu’il puisse le récupérer plus tard. D’une manière ou d’une autre, les données circulent jusqu’à l’ordinateur de votre ami via le câble réseau et non pas via un CD, un DVD ou une clé USB comme dans le réseau itinérant. Partage de ressources Vous pouvez configurer certaines ressources informatiques comme un lecteur ou une imprimante pour que tous les ordinateurs du réseau puissent y accéder. Par exemple, l’imprimante laser reliée à l’ordinateur de Lucien dans la Figure 1.1 est une ressource partagée, ce qui signifie que n’importe qui Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 41 sur le réseau peut s’en servir. Sans le réseau, Julie, Gilbert et Jean-Jacques devraient acheter leur propre imprimante laser. Les lecteurs peuvent aussi être des ressources partagées. En fait, vous devez configurer un lecteur en tant que ressource partagée pour pouvoir partager des fichiers avec les autres utilisateurs. Supposez que Gilbert veuille partager un fichier avec Jean-Jacques et qu’un lecteur partagé ait été installé sur l’ordinateur de Julie. Gilbert n’a qu’à copier le fichier sur le lecteur partagé de l’ordinateur de Julie puis indiquer à Jean-Jacques où il l’a stocké. Alors, quand Jean-Jacques sera disponible, il pourra copier le fichier depuis l’ordinateur de Julie vers le sien (à moins bien sûr que le fouineur de service ne l’ait supprimé). Vous pouvez aussi partager d’autres ressources, par exemple une connexion Internet. En fait, le partage d’une connexion Internet est l’une des principales motivations pour la mise en place d’un réseau. Partage de programmes Au lieu de conserver des copies distinctes de programmes sur chaque ordinateur, il est parfois conseillé de stocker le logiciel sur un ordinateur partagé auquel chacun peut accéder. Par exemple, dans le cas de dix utilisateurs qui choisissent tous le même programme, vous pouvez soit acheter et installer dix exemplaires du programme (un par utilisateur), soit acheter une licence pour dix utilisateurs et installer le logiciel une seule fois, sur le disque partagé. Chacun des dix utilisateurs peut alors accéder au programme depuis le disque dur partagé. Cependant, dans la plupart des cas, il est très lent de faire fonctionner un logiciel sur le réseau. Une solution plus communément adoptée pour partager des programmes via un réseau consiste à copier le logiciel sur un disque partagé puis à l’installer sur le disque local de chaque utilisateur. Par exemple, Microsoft Office vous permet d’opter pour cette solution si vous achetez une licence Microsoft pour chacun des ordinateurs sur lesquels vous installez Office. L’installation d’Office depuis un disque partagé présente un avantage évident : vous n’êtes pas obligé de balader les CD d’installation sur chaque poste. De plus, l’administrateur système peut personnaliser l’installation réseau, de sorte que le logiciel s’installe de la même manière sur tous les ordinateurs. Notez toutefois que cette solution est surtout intéressante pour les grands réseaux. Si le vôtre compte moins de dix ordinateurs, il vaut mieux installer Office sur chaque machine à partir des CD d’installation. Rappelez-vous qu’il est illégal d’acheter un exemplaire d’un programme pour un seul utilisateur si c’est pour le stocker sur un lecteur partagé afin que tous les utilisateurs du réseau puissent y Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 42 accéder. Si cinq personnes veulent utiliser un logiciel, vous devez acheter soit cinq exemplaires du programme, soit une licence réseau qui autorise cinq utilisateurs (ou plus). Cela dit, beaucoup de fabricants vendent leurs logiciels avec une licence multiutilisateur. Dans ce cas, vous pouvez installer le logiciel sur autant de postes que vous voulez, mais son utilisation simultanée est limitée à un certain nombre de personnes. Généralement, un logiciel à licence spéciale, exécuté sur l’un des serveurs du réseau, surveille le nombre de personnes qui utilisent le logiciel en même temps. Ce type de licence est couramment utilisé pour des logiciels spécialisés (et chers) tels que des programmes de comptabilité ou d’infographie. Autre avantage du réseau : il permet aux utilisateurs de communiquer entre eux, surtout par l’intermédiaire de messageries électroniques ou de services de messagerie instantanée. Cependant, le réseau offre également d’autres moyens de communication : il peut vous servir à organiser des réunions en ligne. Les utilisateurs disposant de caméras vidéo sur leur ordinateur ( webcams) peuvent participer à des visioconférences. Vous pouvez même jouer à la « dame de pique » via le réseau, pendant votre pause déjeuner, bien évidemment. 1.3. TYPES DE RESEAUX Les différents types de réseaux se distinguent par la distance qu’ils couvrent et le débit, le type de commutation (Circuit, messages, paquets, cellules), le temps de réponse et le niveau de services offerts (couche de service mise en œuvre) : 1.3.1. Le LAN (Local Area Network) Le LAN assure la mise en commun des ressources au sein d’une entreprise voir un campus, le diamètre de la surface qu’il dessert n’excède pas quelques kilomètres, le débit nominal est de quelques Mégabits par seconde, il ne dessert qu’une seule organisation située dans un domaine privé. Dans cette catégorie, nous pouvons citer :  DAN (Départemental Area Network) : réseau départemental,  BAN (Building Area Network) : réseau d’établissement quelques centaines de mètres,  CAN (Campus Area Network) : réseau de terrain de quelques kilomètres. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 43 1.3.2. Le MAN (Metropolitan Area Network) Le MAN est un réseau intermédiaire qui dessert une ville entière, et assure la mise en commun des ressources au sein d’une entreprise voir un campus, existe en analogique, et surtout en numérique. 1.3.3. Le WAN (Wide Area Network) Le WAN est un réseau qui dessert des pays entiers, le débit binaire est généralement inférieur au Mégabit par seconde, les composants appartiennent à plusieurs organisations (les fournisseurs réseau possèdent les moyens de transmission, les utilisateurs privés possèdent les équipements terminaux.) utilise les satellites, Transpac (X25), réseaux téléphoniques commutés, Télex... On parle aussi de réseaux :  Homogènes lorsque tous les ordinateurs sont du même constructeurs : Apple – Talk ;  Hétérogènes lorsque tous les ordinateurs reliés au réseau sont de constructeurs divers. 1.4. TOPOLOGIES DE RESEAU Il faut faire la distinction entre la topologie logique et la topologie physique:  La topologie logique décrit le mode de fonctionnement du réseau, la répartition des nœuds et le type de relation qu'ont les équipements entre eux.  La topologie physique décrit la mise en pratique du réseau logique (câblage etc.). La topologie des réseaux informatiques en particulier peut se partager en trois groupes, tels que : 1.4.1. RESEAUX EN ETOILE: Dans cette topologie, chaque nœud est relié directement sur un nœud central: l'information passe d'un nœud périphérique au nœud central, celui-ci devant gérer chaque liaison. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 44 1.4.2. RESEAUX EN ANNEAU: Pour cette topologie, chaque nœud est relié au nœud suivant et au nœud précédent et forme ainsi une boucle: l'information transite par chacun d'eux et retourne à l'expéditeur. 1.4.3. RESEAUX EN BUS: Enfin, dans cette topologie, chaque nœud est connecté sur un bus: l'information passe 'devant' chaque nœud et s'en va 'mourir' à l'extrémité du bus. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 45 Remarque : Ces trois différents types de réseaux peuvent très bien cohabiter au sein d'un même réseau d'entreprise: le backbone est un anneau à grande bande-passante en fibre optique, les ordinateurs individuels sont reliés à un bus, tandis que les ordinateurs du centre de calcul sont connectés en étoile. Une topologie logique en bus peut très bien correspondre à une topologie physique en étoile, suivant comment les câbles ont été posés, mais ce qui importe au niveau de la compréhension des mécanismes du réseau informatique est bel et bien la topologie logique. 2. NORMALISATION 2.1. FINALITE DE LA NORMALISATION Si chacune des personnes (physiques ou morales) ne devait échanger des informations qu'avec des gens de sa communauté, alors il n'y aurait pas besoin de normalisation, chaque entité pourrait Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 46 échanger ces informations avec des membres de la même entité. Il suffirait que chacune des personnes utilise le même "langage" (protocole) pour échanger ces informations. Malheureusement, de plus en plus d'entités ont besoin d'échanger des informations entre elles. Si chacune de ces entités utilise son réseau (au sens protocole) pour que ces entités puissent communiquer ensemble il faudrait chaque fois réinventer des moyens pour échanger l'information. C'est ce qui se faisait au début. Des gens ont eu l'idée de réfléchir à ce problème et on essaye de recenser les différents problèmes que l'on trouvait lorsque que l'on veut mettre des machines en réseau. De cette réflexion est sortie le modèle OSI de l'ISO. 2.2. LE MODELE OSI 2.2.1. NOTION DE COUCHES Sur un réseau informatique, les mécanismes utilisés peuvent être représentés sous la forme de poupées russes : la grande poupée extérieure représente les paquets d'informations qui circulent réellement sur le réseau (l'information électrique) chaque poupée intérieure pouvant être vue comme un protocole, la dernière poupée représentant l'information utile, c'est-à-dire nécessaire à l'utilisateur final. Chacune de ces poupées a une fonction particulière, offre un service déterminé, qui sera décrit au point suivant. On distingue essentiellement les couches basses, hautes et applicatives. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 47 Au niveau terminologie technique, on parle de couches organisées en piles (stacks). Par l'ISO (International Standards Organization) on définit un modèle théorique à 7 couches : le modèle OSI (Open System Inteconnection) où chacune des couches est encapsulée dans la couche inférieure. Les couches basses s’occupent et précisent du comment la connexion physique est réalisée sur le câble et les couches hautes définissent l'interaction avec les applications finales, la communication entre nœuds s'effectuant virtuellement entre chaque couche. C’est un modèle théorique, très lourd à mettre en œuvre, et n'est pratiquement pas respecté, sauf par quelques suites de protocoles de type plutôt expérimental. Cependant, on essaye toujours de se référer à ce modèle et à faire coïncider tant bien que mal les protocoles existant avec ces 7 couches. 2.2.2. DESCRIPTION DU MODELE OSI Le modèle OSI est un modèle architectural représentant les communications Réseau sous forme d’un Ensemble de couches superposées les unes aux autres Il a été défini en 1978 par l’Organisation internationale de normalisation (ISO, International Organization for standardization) dans le but de normaliser les niveaux de services et les types d’interactions dans le cadre d’une communication entre les ordinateurs d’un réseau. Le modèle OSI est un modèle à 7 couches qui décrit le fonctionnement d'un réseau à commutations de paquets. Chacune des couches de ce modèle représente une catégorie de problème que l'on rencontre dans un réseau. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 48 2.2.3. L’UTILISATION DE COUCHES Le plus simple pour comprendre l’intérêt des couches du modèle réseau OSI est de prendre la conversation entre deux personnes. Lors d’une conversation de ce genre, chaque personne a tout d’abord une idée, réfléchit ensuite à la formulation de cette idée, puis de la façon dont elle va l’énoncer (en parlant, criant, chantant, etc.). Il en résulte un son émis par la personne et qui transporte son idée. C’est un peu ce concept que l’on retrouve dans les couches du modèle OSI. Ces couches déterminent comment les informations doivent être transmises d’un ordinateur source à un ordinateur destination. En effet, pour qu’une communication puisse se dérouler correctement, il faut d’une part que le transport des informations se fasse correctement, mais pas uniquement. Il faut aussi, par exemple, que les communications se fassent dans la même langue pour l’émetteur et le destinataire. Dans le cas contraire, ils ne se comprendraient pas. En langage réseau, ce sont les protocoles qui assurent que la communication se fasse bien dans le même langage, ou traduit le langage si ce n’est pas le cas. L'utilisation de couches permet de changer de solution technique pour une couche sans pour autant être obligé de tout repenser. Chaque couche garantit à la couche qui lui est supérieur que le travail qui lui a été confié a été réalisé sans erreur. Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 49 2.2.4. FONCTIONS DES 7 COUCHES DU MODELE OSI Le modèle OSI repose sur un découpage des communications réseau en sept couches. Chaque couche a une fonction réseau bien définie, décrite dans la figure ci-dessous Couches Fonction Exemple Application La couche application est la couche OSI la plus navigateurs Web proche de l’utilisateur. Elle fournit des services Messagerie réseau aux applications de l’utilisateur. Elle se MS Word distingue des autres couches en ce sens qu’elle ne Ms Power point fournit pas de services aux autres couches OSI, Application gestion de stock mais seulement aux applications à l’extérieur du Chat modèle OSI. Pour vous souvenir facilement des Firewall applicatif fonctions de la couche 7, pensez aux navigateurs. Présentation La couche présentation s’occupe de la Cryptage des données représentation des données circulant entre les Compression des données différents systèmes d’un réseau. Elle transforme la Le format de codage interne des syntaxe interne des données générées par la couche données application en une syntaxe de transfert adaptée à la transmission des données via un réseau. Lorsque les données arrivent sur l’ordinateur destinataire, la couche de présentation de cet ordinateur va décoder la syntaxe de transfert et la transformer en Pour vous souvenir facilement des fonctions de la couche 6, pensez à un format de données courant. syntaxe locale. Session La couche session permet à deux applications de Ouverture de session Windows créer une connexion permanente. la couche session Authentification ouvre, gère et ferme les sessions entre deux systèmes hôtes en communication. Cette couche fournit des services à la couche présentation. Elle synchronise également le dialogue entre les couches de présentation des deux hôtes et gère l’échange Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 50 Couches Fonction Exemple des données. Outre la régulation de la session, la couche session assure un transfert efficace des données, classe de service, ainsi que la signalisation des écarts de la couche session, de la couche présentation et de la couche application. Pour vous souvenir facilement des fonctions de la couche 5, pensez aux dialogues et aux conversations. Transport La couche transport segmente les données envoyées UDP TCP par le système de l’hôte émetteur et les rassemble Firewall en flux de données sur le système de l’hôte récepteur Assure une transmission de bout en bout des données (utilise notamment l’UDP et le TCP/IP). Maintient une certaine qualité de la transmission, notamment vis-à-vis de la fiabilité et de l’optimisation de l’utilisation des ressources. La couche transport établit et raccorde les circuits virtuels, en plus d’en assurer la maintenance. Pour vous aider penser à la qualité de service et à la fiabilité (correction des erreurs et contrôle du flux d’informations) Réseau La couche réseau détermine le chemin d’accès Routeur : Cisco, 3Com physique des données à transmettre, en fonction des conditions de fonctionnement du réseau, de la priorité du service ou autre. Pour vous souvenir facilement des fonctions de la couche 3, pensez à la sélection du chemin, au routage et à l’adressage. Liaison La couche liaison de données assure un transit HDLC fiable des données sur une liaison physique. Ainsi, la Pilote de l’imprimante couche liaison de données s’occupe de l’adressage Switch Cours d’Architecture des Ordinateurs et Réseaux Informatique pour L1 LMD/FASI-UPC 51 Couches Fonction Exemple physique (plutôt que logique), de la topologie du Pont réseau, de l’accès au réseau, de la notification des RNIS erreurs, de la livraison ordonnée des trames et du contrôle de flux. Pour vous souvenir facilement des fonctions de la couche 2, pensez aux trames et aux adresses MAC Physique La couche physique définit les spécifications Hub électriques, mécaniques, procédurales et Câble réseau, fibre optique fonctionnelles permettant d’activer, de maintenir et Carte réseau de désactiver la liaison physique entre les systèmes d’extrémité. Les caractéristiques telles que les niveaux de tension, la synchronisation des changements de tension, les débits physiques, les distances maximales de transmission, les connecteurs physiques et d’autres attributs semblables sont définies par la couche physique. Pour vous souvenir facilement des fonctions de la couche 1, pensez aux signaux et aux médias. 2.2.5. TERMINOLOGIE LIEE AU MODELE OSI 2.2.5.1. Encapsulation Vous savez que, au sein d’un réseau, toutes les communications partent d’une source, qu’elles sont acheminées vers une destination et que les informations envoyées sur le réseau sont appelées données ou paquets de données. Si un ordinateur (hôte A) veut envoyer des données à un autre ordinateur (hôte B), les données doivent d’abord être préparées grâce à un processus appelé encapsulation. Ce processus conditionne les données en leur ajoutant des informations relatives au protocole avant de

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