Embed Size (px)
Citation preview
ESATDGFDMSI/Systèmes
STRUCTURE et EVOLUTION
des
MICRO - ORDINATEURS
de type PC
Edition janvier 2002
SOMMAIRE
1. GENERALITES..........................................................................................................................4
2. LES UNITÉS CENTRALES.......................................................................................................52.1 LES BOITIERS....................................................................................................................52.2 LA FACE AVANT...............................................................................................................52.3 LA FACE ARRIERE............................................................................................................62.4 L'ALIMENTATION.............................................................................................................72.5 LA CARTE MÈRE...............................................................................................................7
3. LES MICROPROCESSEURS....................................................................................................93.1 CARACTERISTIQUES GENERALES...............................................................................93.2 LES DIFFÉRENTS TYPES.................................................................................................93.3 TABLEAU RECAPITULATIF..........................................................................................183.4 CHANGEMENT DE MICROPROCESSEUR..................................................................19
4. LA MÉMOIRE..........................................................................................................................204.1 LA MEMOIRE VIVE.........................................................................................................204.2 LA MEMOIRE MORTE....................................................................................................224.3 TOPOGRAPHIE DE LA MEMOIRE................................................................................224.4 AUGMENTATION DE LA CAPACITE MEMOIRE.......................................................25
5. LES CIRCUITS DE GESTION................................................................................................285.1 GENERALITÉS.................................................................................................................285.2 CONTROLEUR MEMOIRE..............................................................................................295.3 CONTROLEUR DE MEMOIRE CACHE.........................................................................295.4 CONTROLEUR CLAVIER...............................................................................................305.5 CONTROLEUR D’INTERRUPTIONS.............................................................................315.6 CONTROLEUR DMA.......................................................................................................325.7 TIMER................................................................................................................................335.8 HORLOGE TEMPS REEL................................................................................................335.9 PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DES CHIPSETS...............................................34
6. LES BUS D’EXTENSION........................................................................................................366.1 LE BUS ISA (INDUSTRY STANDART ARCHITECTURE).........................................366.2 LE BUS MCA (MICRO CHANNEL ARCHITECTURE)................................................366.3 LE BUS EISA (EXTENDED INDUSTRY STANDART ARCHITECTURE)................366.4 LE BUS VESA (VIDÉO ELECTRONICS ASSOCIATION)...........................................376.5 LE BUS PCI (PERIPHERIAL COMPONENT INTERCONNECT)................................376.6 LE BUS AGP (ACCELERATED GRAPHICS PORT).....................................................386.7 LE BUS PCMCIA (PC MEMORY CARD INTERNATIONNAL ASSOCIATION).......396.8 LE BUS USB (UNIVERSAL SERIAL BUS)....................................................................406.9 LE BUS IEEE 1394............................................................................................................40
7. LES CARTES D'INTERFACE.................................................................................................427.1 CARTES GRAPHIQUES...................................................................................................427.2 CARTES D'INTERFACE DE DISQUES DURS..............................................................427.3 CARTES D'INTERFACE SCSI (SMALL COMPUTER SYSTEM INTERFACE).........42
2
7.4 CARTES D'ENTRÉES / SORTIES...................................................................................447.5 CARTES RÉSEAUX..........................................................................................................447.6 CARTES MODEM.............................................................................................................447.7 CARTES SON....................................................................................................................457.8 CARTES D'EXTENSION MÉMOIRE..............................................................................457.9 CARTES PCMCIA.............................................................................................................457.10 CARTES SPÉCIFIQUES.................................................................................................46
8. LA MÉMOIRE DE MASSE.....................................................................................................478.1 LES DISQUETTES............................................................................................................478.2 LES DISQUES DURS........................................................................................................518.3 LES DISQUES OPTIQUES COMPACTS OU CD-ROM.................................................608.4 AUTRES TYPES DE MEMOIRE DE MASSE.................................................................63
9. LES DISPOSITIFS D'AFFICHAGE........................................................................................659.1 GENERALITES.................................................................................................................659.2 LES CARTES GRAPHIQUES..........................................................................................679.3 LES ECRANS A TUBE CATHODIQUE..........................................................................699.4 LES ECRANS A CRISTAUX LIQUIDES........................................................................71
10. LES PERIPHERIQUES D’ENTREES...................................................................................7410.1 LE CLAVIER...................................................................................................................7410.2 LES DISPOSITIFS DE POINTAGE...............................................................................7410.3 LES SCANNERS.............................................................................................................7510.4 AUTRES PERIPHERIQUES...........................................................................................76
11. LES IMPRIMANTES..............................................................................................................7711.1 PRINCIPES DE L’IMPRESSION ..................................................................................7711.2 LES IMPRIMANTES À AIGUILLES.............................................................................7711.3 LES IMPRIMANTES À JET D’ENCRE.........................................................................7811.4 LES IMPRIMANTES LASER.........................................................................................8011.5 LES AUTRES TYPES D’IMPRIMANTES.....................................................................83
3
DMSI1.Généralités
1. GENERALITES
La majorité des PC (Personnal Computer) comportent un boîtier dans lequel sont assemblés
différents éléments, et des périphériques extérieurs. Ceux-ci permettent de communiquer avec
l'unité centrale chargée de traiter l'information. Les entrées, données ou commandes, sont le plus
souvent fournies à l'ordinateur par le clavier, une disquette ou la souris. Les résultats sont ensuite
affichés à l'écran, reproduits sur papier à l'aide d'une imprimante ou stockés dans une mémoire de
masse.
D'autres périphériques, tels que scanner, modem, lecteur de bande magnétique, lecteur de CD,
de DVD, manette de jeux, carte son, etc.. sont parfois utilisés. Dans le boîtier, l'alimentation
transforme le secteur en tensions continues servant à alimenter la carte mère, les périphériques
internes tels que disque dur et lecteur de disquettes ainsi que d'éventuelles cartes d'extension
enfichées dans les connecteurs de la carte mère.
DMSI2.Les unités centrales
2. LES UNITÉS CENTRALES
2.1 LES BOITIERS
Il en existe trois types principaux :
- Les boîtiers horizontaux dont les dimensions, suivant les constructeurs, varient de 35 x 30 x
10 cm pour les "mini-AT" à 50 x 40 x15 cm pour les "AT standard". Ces boîtiers, de type
" desktop", sont destinés à être posés sur un bureau et peuvent normalement supporter le
poids d'un moniteur relativement léger, de 14 ou 15 pouces. Certains boîtiers très plats sont
aussi appelés "Slim".
- Les boîtiers verticaux de type AT ou ATX appelés aussi tours, d'environ 18 cm de large sur
40 cm de profondeur, ont une hauteur comprise entre 30 cm pour les "mini-tours" à 60 cm
pour les "grandes tours". Ils sont conçus pour être placés à côté de l'écran ou au sol, mais dans
ce cas les risques de chocs, donc de détérioration, sont plus grands. Les serveurs de réseaux
utilisent des tours de dimensions encore plus importantes. Ce type de boîtier, par la
disposition interne des éléments, permet une meilleure convection thermique, donc une
fiabilité accrue.
- Les portables, quant à eux, sont à peu près du format d'une feuille de papier A4 (21 x 29,7
cm) et d'une épaisseur de 2 à 4 cm.
2.2 LA FACE AVANT
Différentes fonctions sont regroupées, selon le constructeur, sur cette face :
- L'interrupteur d'alimentation, que l'on peut aussi trouver sur le côté droit ou quelquefois à
l'arrière de l'appareil, en permet la mise en marche et l'arrêt, couplé avec un voyant de mise
sous tension. Sur les boîtiers ATX, il est remplacé par un bouton poussoir servant à démarrer
ou arrêter l’alimentation, celle-ci pouvant aussi être arrêtée par le système d’exploitation
(Windows 95-98).
- Eventuellement un bouton de réinitialisation ou RESET.
- Sur certaines machines anciennes, le bouton "turbo" servait à faire varier la vitesse de
l'ordinateur de façon à conserver la compatibilité avec les premiers PC (pour certains logiciels
ou matériels). Un voyant en indiquait alors l'état, et parfois un afficheur électroluminescent la
fréquence de fonctionnement.
- Un bouton de mise en veille peut être présent sur les machines équipées d’une carte aux
spécifications ATX permettant le réveil par la souris ou le clavier.
- Quelquefois une clé de sécurité pour la désactivation du clavier ou le verrouillage
mécanique du boîtier.
- Le voyant de disque dur s'allume à chaque accès sur ce périphérique qui peut être
indifféremment fixé en position horizontale ou verticale à l'intérieur.
DMSI2.Les unités centrales
- Le ou les lecteurs de disquettes, 3,5 ou 5,25 pouces, sont installés dans des baies ouvertes,
généralement horizontales (bien que l'on trouve parfois des lecteurs 3,5 pouces verticaux).
- Le lecteur de CD-ROM dans un emplacement 5,25 pouces.
- Des emplacements libres permettant l'installation de disques durs, lecteurs de disquettes,
bandes magnétiques, cartes ou graveur de CD-ROM supplémentaires.
- Un petit haut-parleur, fixé derrière la face avant, permet d'envoyer des signaux sonores.
2.3 LA FACE ARRIERE
Sur cette face sont regroupés, outre la prise d'air du ventilateur, toutes les connexions
nécessaires au fonctionnement de l'ordinateur :
- La prise mâle d'alimentation secteur avec son sélecteur de tension, souvent accompagnée
d'une autre prise secteur, femelle celle-là, commandée par l'interrupteur général quand il
existe, et servant à alimenter le moniteur vidéo.
- Un connecteur de clavier du type DIN 5 broches ou PS/2 (mini DIN).
- Une autre prise PS/2 pour la souris.
- Un connecteur de type DB 15 HD pour l'écran qui comporte 15 broches femelles sur 3
rangées pour les cartes graphiques VGA ou SVGA.
- Une prise DB25 femelle (25 broches sur 2 rangées) d'interface parallèle réservée en général
à l'imprimante, à des mémoires de masse externes, à un scanner ou à une clé matérielle.
- Un ou deux connecteurs DB9 ou anciennement DB25 mâles pour les interfaces séries. On y
branche le plus souvent la souris si elle n’a pas de prise PS/2 ou un modem externe.
- Deux prises USB permettant la mise en cascade des périphériques supportant ce bus série.
- Les manettes de jeux (Joysticks), quant à elles, se connectent sur des prises DB15 femelles à
2 rangées; certaines cartes réseaux utilisent également ce type de connecteur.
- D'autres connecteurs dont le type et le nombre varient en fonction des cartes d'interface
installées. Ce peut être des prises son, modem, IEEE, SCSI, etc..
- Sur les portables, des connecteurs miniatures au format PCMCIA (68 broches mâles de
longueurs différentes) permettent d'insérer des cartes d'extension spécifiques, de la taille d'une
carte de crédit.
- Des emplacements restés libres pour des cartes d'extension supplémentaires.
DMSI2.Les unités centrales
2.4 L'ALIMENTATION
Elle est à découpage et doit pouvoir fournir une puissance suffisante au système. Celle-ci
varie, en fonction du type de carte mère et du nombre de cartes d'extension pouvant être utilisées,
de 150W pour un boîtier "mini-AT" à plus de 250W pour des systèmes importants, 200W étant le
plus courant. Elle est placée généralement à l'arrière droit dans les boîtiers horizontaux ou à l'arrière
haut dans les tours. Un ventilateur intégré permet d'assurer une circulation d'air et un bon
refroidissement des éléments internes. Outre les prises secteur déjà citées, d'autres connecteurs y
sont reliés :
- Un ou deux connecteurs fournissant les tensions nécessaires à l'alimentation de la carte mère
: + et - 12V, + et - 5V, le PG (Power Good); mise en marche et 3,3V en sus pour les boîtiers
ATX.
- Plusieurs connecteurs à 4 broches, de deux types différents, servant à alimenter les
différents périphériques internes en +12V et +5V.
2.5 LA CARTE MÈRE
Réalisée en circuit imprimé multicouche (de 4 à 6), elle supporte les composants principaux
du micro-ordinateur et les cartes d'extension enfichées dans différents types de connecteurs.
Le cœur de l'ordinateur, c'est à dire le microprocesseur, y est généralement implanté, associé
à son horloge qui définit sa cadence de fonctionnement.
Des cavaliers, ou quelquefois des micro-interrupteurs, permettent de la configurer en fonction
de divers paramètres tels que : type de processeur utilisé, fréquences interne et externe, tensions
d’alimentation du processeur, quantité de mémoire cache, type de carte d'affichage, etc..
La mémoire centrale, auparavant en barrettes de 8 ou 9, puis de 32 ou 36 bits et maintenant
de 64 bits, s'enfiche sur des supports spéciaux. La ROM contenant le BIOS (Basic Input Output
System), routines assurant les fonctions de base d’entrées-sorties, est le plus souvent montée sur
support.
Des circuits de gestion (chipsets), regroupés en un ou plusieurs circuits à large intégration,
permettent de réguler les échanges d'informations entre les différents composants, informations
circulants sur des Bus (ensemble de lignes) les reliant entre eux.
Une horloge "temps réel" permet à l'ordinateur de connaître en permanence la date et l'heure.
Elle fonctionne même quand l'alimentation est coupée, grâce à une pile ou une batterie qui
sauvegarde également le SETUP (configuration de la machine) dans une mémoire CMOS de faible
consommation.
Enfin, divers connecteurs relient la carte mère à l'alimentation, aux périphériques internes ou
externes, au clavier, au haut-parleur et aux boutons et voyants de la face avant.
DMSI2.Les unités centrales
Tous ces éléments peuvent être disposés différemment suivant les constructeurs, surtout chez
ceux utilisant des cartes spécifiques. On trouve cependant trois formats de cartes standards
correspondant chacun à un type de boîtier :
- le format AT ou baby AT équipé de supports carrés jusqu’au type Socket 7 se retrouve dans
les anciens boîtiers et souffre de nombreux inconvénients.
- l’ATX y remédie avec une meilleure ventilation du processeur, plus de problème de
longueur de carte et l’intégration des connecteurs série, parallèle, PS/2, USB et maintenant
FireWire ou IEEE 1394. Ce format est utilisé avec pratiquement toutes les cartes actuelles.
- le NLX convient aux boîtiers Slim très plats dans lesquels les cartes d’extension se trouvent
à l’horizontale, les connecteurs correspondants sont alors implantés sur une carte fille
disposée perpendiculairement à la carte mère.
1 Slot 1 4 Connecteur AGP 7 Connecteurs IDE 9 Ports d’E / S
2 SDRAM 5 Slots PCI 8 Connecteur lecteur 10 BIOS en
3 Chipset 6 Slots ISA
Carte mère ATX pour Slot 1
DMSI3.Les microprocesseurs
3. LES MICROPROCESSEURS
3.1 CARACTERISTIQUES GENERALES
Le microprocesseur exécute les instructions contenues dans les programmes et de lui va
donc dépendre en grande partie les possibilités de la machine. En constante évolution, sa puissance
augmente au fil des années en fonction de différents critères :
- Son architecture, c'est à dire son organisation interne, avec la présence ou non de fonctions
telles que mémoire cache, unité de calcul en virgule flottante, unité d'anticipation, etc..
- La largeur du bus de données. Elle influe sur la vitesse d’exécution des instructions et sur
la rapidité des échanges avec la carte mère. Elle est de 64 bits depuis la sortie du Pentium.
- La largeur du bus d'adresses. Elle détermine l'espace mémoire adressable. Généralement de
32 bits, elle permet d’adresser alors 4 Go.
- Les fréquences de fonctionnement interne et externe définissent respectivement la cadence
à laquelle le microprocesseur va exécuter les instructions, et la vitesse des échanges avec la
carte mère.
- Les tensions d’alimentation sont maintenant différentes pour les circuits chargés des
échanges avec la carte (3,3V) et pour le cœur du processeur (entre 2V et 3,5V).
3.2 LES DIFFÉRENTS TYPES
Ne seront abordés ici que les microprocesseurs de marque INTEL, principal fabricant dans le
monde des PC:
3.2.1 Les 8086 et 8088
Il a été fabriqué en 1978 et intégrait environ 29 000 transistors sur sa "puce" dans un boîtier
classique DIP 40 broches. Il possédait 16 bits de données internes et externes qui étaient
multiplexés avec les 20 bits d'adresses. Il ne pouvait donc adresser qu’1 Mo (Mega-octet) de
mémoire et sa fréquence de fonctionnement a progressé de 5 à 10 MHz. Il disposait en outre d'une
file d'attente de 6 octets.
Mis sur le marché l'année suivante, le 8088 était en fait une version bridée du précédent avec
seulement 8 bits de données externes, toujours multiplexés avec les adresses. Sa file d'attente ne
comportait plus que 4 octets et sa fréquence ne dépassait pas 8 MHz.
DMSI3.Les microprocesseurs
Les 80186 et 80188
Sortis respectivement en 1982 et 1983, ils avaient les mêmes caractéristiques que leurs
prédécesseurs. Ils intégraient en plus dans le même boîtier diverses fonctions qui les destinaient
plus au marché des micro-contrôleurs industriels et donc ont été peu utilisés dans les PC.
Ils équipaient, avec les 8086 et 8088, les micro-ordinateurs PC / XT ( Extented Technology)
et il était possible de leur adjoindre un 8087, coprocesseur arithmétique chargé des calculs
complexes en virgule flottante.
3.2.2 Le 80286
Avec lui commence l'ère des PC / AT (Advanced Technology). Commercialisé à partir de
1982, il intègre 130 000 transistors et son boîtier possède 68 broches. Alors que ses bus de données
interne et externe comportent encore 16 bits, mais non multiplexés, le bus d'adresses en compte
maintenant 24, permettant ainsi de passer à 16 Mo de mémoire adressable, 1 Go (Giga-octet) en
mode virtuel. Sa file d'attente est toujours de 6 octets et sa fréquence de fonctionnement peut être
comprise entre 6 et 12 MHz. Il dispose en outre d'un mode d'adressage réel et d'un mode protégé,
respectivement en dessous ou au-dessus de 1 Mo. Son coprocesseur arithmétique optionnel est le
80287 ou le 80187.
3.2.3 Le 80386
Il a été fabriqué à partir de 1985 pour la version DX avec 132 broches, 1988 en version SX et
100 broches. Ses 275 000 transistors lui permettent de gérer des données sur 32 bits internes et
externes sur le DX, 16 externes seulement sur le SX. Les adresses sont toujours sur 24 bits pour le
SX mais passent à 32 bits pour le DX, soit 4 Go de mémoire adressable. Sa gamme de fréquence est
comprise entre 12,5 et 40 MHz et sa file d'attente atteint 16 octets. On peut lui adjoindre comme
coprocesseur un 80387 DX ou SX suivant le cas.
3.2.4 Le 80486
Comportant pour sa part 1,2 millions de transistors et 168 broches, il est apparu en 1989 pour
le DX, 1991 pour le SX. Ses données internes et externes sont en 32 bits et son bus d'adresses
également. Les fréquences de fonctionnement s'étagent entre 16 et 50 MHz et il dispose d'une
mémoire cache interne de 8 Ko de données et d'instructions, d'une unité d'anticipation, d'une file
d'attente de 32 octets et d'une unité de protection interne. Dans la version DX, les calculs à virgule
flottante sont accélérés par un coprocesseur arithmétique intégré. Le 80487 SX, coprocesseur du
SX, s'apparente en fait à un 80486 DX qui prend en charge le fonctionnement du système en
désactivant le 80486 SX toujours présent.
Les 80486 DX2 et DX4 sont identiques au 80486 DX mais possèdent en plus un multiplieur
de fréquence qui permet de doubler la vitesse interne du DX2 et de la tripler dans le DX4, les
DMSI3.Les microprocesseurs
échanges avec l'extérieur restant toujours à même fréquence. D'autre part, la mémoire cache interne
du DX4 passe à 16 Ko et son alimentation réclame une tension supplémentaire de 3,3 V.
Unité Unité Unité
arithmétique
et logique
de
pagination
mémoire
cache
8 Ko
d'interface
de bus
Unité Unité
de
contrôle
de calcul
en
virgule flottante
Multiplieur
fréquence
de
Unité d'exécution
Unité
de
segmentation
Unité
d'anticipation
décodage
de
Unité
File
d'attente
Adresses
Données
Contrôles
Horloge
32 bits
32 bits
32 bits
Architecture du 80486
Les échanges avec l’extérieur sont gérés par une unité d'interface de bus qui supervise les
communications avec les autres composants de la carte mère.
La mémoire cache de 8 Ko contient des données et des instructions qui y sont transférées par
un contrôleur interne. Une unité d'anticipation y recherche alors les instructions à exécuter, elle les
place ensuite dans la file d'attente, appelée aussi queue, qui les emmagasine en attendant leur
exécution. L'unité de décodage transforme alors ces instructions en un code compréhensible par
l'unité d'exécution.
Rendues nécessaires par la gestion particulière de la mémoire des microprocesseurs INTEL,
les unités de pagination et de segmentation transforment les adresses logiques manipulées par les
programmes en adresses physiques réelles en mémoire.
Au sein de l'unité d'exécution, l'unité de contrôle vérifie la validité des instructions ainsi que
l'absence d'éventuel conflit en mémoire. Les unités arithmétiques et logiques (UAL), pour les
entiers, et de calcul en virgule flottante exécutent alors les tâches leur revenant, envoyant ensuite
les résultats correspondants dans la mémoire cache pour être transférés ultérieurement à leur
destination réelle.
DMSI3.Les microprocesseurs
3.2.5 Le PENTIUM (P54C)
Il intègre en 1992 trois millions de transistors dans un boîtier PGA de 238 broches prévu pour
s’enficher dans un Socket5. Il est le premier microprocesseur de la marque à utiliser une
architecture superscalaire, c'est à dire que plusieurs unités de traitement y travaillent en même
temps, ici deux UAL 32 bits et une unité de calcul en virgule flottante 64 bits. Les données internes
et externes se retrouvent alors sur 64 bits. Sa fréquence de fonctionnement interne peut aller de 60 à
200 MHz, l'externe passant à 50, 60 ou 66 MHz en fonction de la carte mère.
Mémoire cache de code
8Ko
Unité d'anticipation
Jeu de registres
Mémoire cache de données
8Ko
Unité de
prédiction de branchements
Unité
arithmétique
et logique
Unité
arithmétique
et logique
Unité de
calcul en
virgule flottante
Unité
d'interface
de bus
64 bits32 bits32 bits
Unité d'exécution
Adresses
Données
Contrôles
64 bits
64 bits
64 bits 32 bits
256 bits
Architecture du Pentium
L'unité d'interface de bus a le même rôle que dans le 486, mais elle fonctionne ici avec des
mots de 64 bits sur les données, les adresses restant toujours sur 32 bits.
Une mémoire cache de 8 Ko, destinée uniquement aux codes exécutables ou instructions,
communique avec une unité de prédiction de branchements chargée de calculer à l'avance l'adresse
des sauts lors de l'exécution des branchements conditionnels et avec une unité d'anticipation
connectée avec l’unité d’exécution.
Celle-ci comprend deux UAL semblables à des UAL de 80486 incluant le décodage et le
contrôle des instructions et une unité de calcul en virgule flottante sur 64 bits. Un système pipeline
à cinq niveaux exécute simultanément cinq cinquièmes d'instruction à des stades différents en
DMSI3.Les microprocesseurs
optimisant l'exploitation du processeur, permettant ainsi d'augmenter son efficacité. Un jeu de
registres permet la manipulation des données à destination ou en provenance d'une mémoire cache
dédiée de 8 Ko.
3.2.6 Le PENTIUM - PRO
Sorti fin 95, il totalise 5,5 millions de transistors rassemblant trois unités de traitement des
entiers sur 32 bits et une unité améliorée de calcul en virgule flottante, le tout intégré sur la même
puce. Ses bus externes sont identiques à ceux de son prédécesseur et sa fréquence de
fonctionnement interne est comprise entre 133 et 200 MHz, la fréquence externe restant à 60 ou 66
MHz.
Il conserve les 16 Ko de mémoire cache existants dans le Pentium en y ajoutant un cache de
second niveau de 256, 512 Ko ou 1 Mo directement sur le bus interne du processeur, donc
beaucoup plus performant qu’un cache externe classique. Cette mémoire cache est intégrée dans le
même boîtier, ce qui en explique les dimensions importantes (387 broches) et le nombre élevé de
transistors (jusqu’à 31 millions). Le support est un Socket 8.
L'unité d'anticipation et de prédiction de branchement utilise la technique de l'exécution
dynamique, c'est à dire que les instructions d'entrée ou de sortie de boucle seront exécutées
partiellement avant même d'avoir terminé la boucle, seuls les résultats nécessaires au déroulement
du programme étant ensuite utilisés. Le système "pipeline" passe à 12 niveaux et une unité de test
interne est également présente. D’autre part, il est prévu pour pouvoir fonctionner en multi-
processing avec jusqu’à trois autres processeurs.
3.2.7 Le PENTIUM - MMX (P55c)
MMX pour MultiMedia eXtention, il reprend depuis fin 96 la base du Pentium et passe à 4,5
millions de transistors. Il est équipé de deux nouvelles U.A.L. chargées d’exécuter un jeu de 57
instructions supplémentaires dites MMX, relatives au son et à l’image. Couplées à un pipeline
spécifique, elles utilisent la technique de traitement parallèle SIMD (Single Instruction Multiple
Data) sur des entiers, ce qui lui permet de traiter jusqu'à huit données simultanément, sur un total de
64 bits, le tout en une seule instruction. Par contre, du fait d’un partage de ressources communes,
ces deux unités ne peuvent pas fonctionner en même temps que l’unité de calcul en virgule
flottante, et le passage de l’un à l’autre mode devient très pénalisant (une centaine de cycles
d’horloge).
L’unité de prédiction de branchements empruntée à celle, plus efficace, du Pentium Pro,
l’interface de bus améliorée et les mémoires caches de premier niveau doublées, autorisent un gain
de performances allant de 10% sur des applications non optimisées MMX, jusqu’à 400% pour
certaines exploitant cette technologie.
Les fréquences de fonctionnement s’étagent entre 150 et 233 MHz et son boîtier, identique à
celui du Pentium, compte le même nombre de broches. Si la tension d’alimentation externe reste à
DMSI3.Les microprocesseurs
3,3V, le cœur du processeur travaille en fait à 2,8V, ce qui entraîne obligatoirement l’utilisation
exclusive de cartes mères équipées d’un Socket 7.
Mémoire cache de code
16Ko
Unité d'anticipation
Registres
Mémoire cache de données16Ko
Unité de prédiction
de branchements
U.A.L.
ENTIERS
U.A.L.
ENTIERS
Unité de
calcul
flottant
Unité
d'interface
de bus
64 bits32 bits32 bits
Adresses
Données
Contrôles
64 bits
64 bits
64 bits 32 bits
256 bits
U.A.L.
MMX
32 bits
U.A.L.
MMX
32 bits64 bits
Registres RRegistres
d'exécutionUnité
32 bits
et de décodage
Architecture du Pentium MMX
3.2.8 Le PENTIUM II (Klamath)
Il a fait son apparition mi 97 et combine l’architecture du Pentium Pro avec la technologie
MMX, ce qui nécessite 7,5 millions de transistors. Il abandonne le boîtier PGA classique et on le
trouve, surmonté d’un imposant radiateur, implanté directement sur une carte fille dénommée
cartouche SECC (Single Edge Cartridge Connector) et s’enfichant dans un connecteur appelé Slot 1
à 242 contacts. Cette carte supporte également la mémoire cache de second niveau de 512 Ko, qui
n’est donc plus intégrée mais fonctionne quand même à la moitié de la fréquence interne du
processeur.
En outre, par rapport au Pentium Pro, le cache de premier niveau passe à 2 fois 16 Ko, les
unités MMX sont rajoutées et un cache de segment de registre supplémentaire lui permet
d’améliorer ses performances en mode 16 bits. Sa cadence de fonctionnement interne, de 233 à 366
MHz à l’origine, est passée en 1998 à 400 puis à 450 MHz, la fréquence externe progressant dans le
même temps de 66 à 100 MHz.
DMSI3.Les microprocesseurs
3.2.9 Le CELERON ( Covington)
Depuis début 98, il est en fait un Pentium II destiné aux PC de bas de gamme et amputé du
cache de second niveau normalement implanté sur sa cartouche SECC. Si les modèles fonctionnant
à 266 et 300 MHz n’en disposent pas du tout, par contre, les 300A et les suivants jusqu’à 700 MHz
en intègrent 128 Ko directement implantés sur la puce et fonctionnant à la même fréquence que le
processeur (cache on die), ce qui fait monter à 19 millions le nombre de transistors intégrés. Cette
version, toujours limitée à 66 MHz de fréquence externe, est maintenant encapsulée en boîtiers
PPGA (Plastic Pin Grid Array) destinés au nouveau Socket 370 plus économique que le slot 1. La
prochaine génération de Celeron II devrait passer à 100 MHz de fréquence externe tout en
incorporant les instructions SSE du Pentium III.
3.2.10 Le PENTIUM III (Katmai)
Depuis début 99, il reprend lui aussi le cœur du Pentium II en y rajoutant un jeu de 70
nouvelles instructions et sa puce contient 28 millions de transistors. Sur ces instructions, 50 sont
des SSE (Streaming SIMD Extensions) destinées à accélérer les calculs 3D ainsi que l’encodage et
le décodage vidéo Mpeg-1 et 2 et audio AC-3, la reconnaissance vocale et des fonctions CAO et
photo. Pour cela, elles peuvent traiter simultanément quatre nombres réels en simple précision (32
bits en virgule flottante) et même gérer des réels en double précision (64 bits) grâce à 8 registres de
128 bits. Douze instructions MMX supplémentaires servent en outre à optimiser le calcul des
moyennes et des écarts tandis que les 8 restantes sont destinées à une gestion particulière des
mémoires caches. Il est décliné en différentes versions de 450 MHz à 1,13 GHz interne avec un bus
externe à 100 ou 133 MHz (suffixe B pour Front Side Bus) et une mémoire cache L2 soit de 512
Ko sur cartouche SECC comme sur les PII, soit de 256 Ko intégrée on die (suffixe E pour
Advanced Transfert Cache, nom de code Coppermine). Cette dernière version existe également en
boîtier FC-PGA (Flip Chip Pin Grid Array) montés sur Socket 370, le slot1 devant progressivement
être abandonné.
3.2.11 Le XEON
Sorti mi 98, ce dérivé du Pentium II (Deschuttes) est prévu pour remplacer le Pentium Pro.
Logé dans une cartouche SECC plus importante, il utilise un nouveau connecteur appelé Slot 2 à
330 contacts. Il est en outre doté d’une mémoire cache de second niveau, fonctionnant à la
fréquence interne du processeur, d’une taille de 512 Ko ou 1 Mo. Suivant le cas, il est destiné soit
aux stations de travail en association avec le chipset 450 GX, soit aux serveurs avec le 450 NX; ses
fréquences de fonctionnement sont de 100 MHz en externe et de 400 ou 450 MHz en interne.
Un autre modèle provenant du Pentium III (Tanner) propose grâce au chipset i840 un bus
externe à 100 MHz avec des SDRAM ou à 133 MHz avec des Rambus, les fréquences internes
étant comprises entre 600 MHz et 1 GHz. La mémoire cache L2 intégrée reste à 256 Ko pour la
version bi-processeurs et passe à 1ou 2 Mo pour les versions 4 ou 8 processeurs.
DMSI3.Les microprocesseurs
3.2.12 Le PENTIUM IV (Willamette)
Sorti à la fin de l’année 2000, il est doté d’un nouveau cœur et totalise 42 millions de
transistors sur 127 mm2, son bus de données restant toujours en 64 bits. Grâce à la nouvelle micro-
architecture NetBurst, l’unité de calculs sur les nombres entiers fonctionne à une fréquence double
de celle du reste du processeur. Le pipeline passe à 20 niveaux et la fréquence du bus externe à 200
MHz en utilisant les deux fronts d’horloge (équivalent à 400 MHz). La mémoire cache L1 est
divisée en 8 Ko de données et 12 000 micro-ops de codes, la cache L2, toujours intégrée, restant à
256 Ko. D’autre part 144 instructions multimédias supplémentaires (SSE2) sont implémentées et la
fréquence interne, de 1,4 GHz au départ, a atteint 2 GHz fin 2001. Il utilise un support de type
Socket 423 et nécessite un nouveau chipset (i850), une nouvelle alimentation mieux régulée, des
mémoires DRDRAM PC 800, un impressionnant radiateur et un nouveau boîtier d’unité centrale.
3.2.13 Autres constructeurs
D’autres constructeurs fabriquent également des microprocesseurs dont certains rivalisent, à
un coût moindre, avec ceux d’Intel, tout en restant encore sur socket 7. Les K5 de chez AMD ou
les 6X86 de Cyrix ou IBM sont les équivalents des Pentiums de premières générations, bien que
moins puissant, surtout en calculs en virgule flottante. L’écart se resserre entre le Pentium MMX et
le K6 d’AMD, le MII de Cyrix et son clone le 6X86 MX d’IBM restant un peu plus en retrait; le
WinChip 2 d’IDT, encore moins performant, est destiné au matériel de bas de gamme. Le K6-2 a
été le premier à intégrer des instructions 3D et concurrence alors le Pentium II, bien que sa
mémoire cache L2 continue à fonctionner à 66 MHz. Son successeur, le K6-3, intègre 256 Ko de
mémoire L2 cadencée à la même fréquence que le processeur. L’Athlon, sur Slot A au début, puis
sur socket A , rivalise nettement avec le Pentium III grâce à un cœur entièrement redessiné, et ce
sont les applications qui font la différence, surtout en 3D. Sa version allégée sur socket A, le
Duron, concurrence le Celeron grâce à un bus système à 100 MHz (DDR) et les instructions
3Dnow! enrichies de son grand frère. Le Cyrix VIA III, aux performances décevantes, aurait du en
faire autant de son côté sur socket 370 avec un bus externe pouvant fonctionner jusqu’à 133 MHz,
les instructions 3Dnow! d’AMD et des fréquences internes de 500 et 533 MHz. Il ne sera pas
commercialisé et sera remplacé par le VIA Cyrix III plus économique et susceptible de monter
plus haut en fréquence..
3.2.14 Les " overdrives "
Ils permettent d'augmenter la puissance de l'ordinateur en remplacent le processeur d'origine
par un autre plus performant lorsque la carte mère ne peut pas supporter un processeur standard
plus puissant. L'overdrive du 80486 DX est en fait équivalent à un 486 DX2 ou DX4 équipé d’un
régulateur 3,3 V, et le P24T est un Pentium à 32 bits externes qui se met à la place du 80486 DX
existant, si le support a été initialement prévu pour cela. Des overdrives pour Pentium existent aussi
: le 120 / 133 doublait la fréquence interne sur les machines travaillant à 60 ou 66 MHz sans autre
DMSI3.Les microprocesseurs
modification que l'échange du processeur d’origine, et les 125 ou 150, en multipliant la fréquence
interne par 5/3, étaient prévus pour remplacer respectivement les P75 et P90 . Des overdrives
Pentium MMX étaient également disponibles, avec régulateur 2,8 V intégré, pour les cartes qui ne
n’étaient pas équipées d’origine de Socket 7. Même des Pentium II montés dans des boîtiers
adaptés aux Socket 8 permettaient de rajeunir des serveurs équipés de Pentium Pro.
Le coût d’un overdrive étant souvent assez élevé, il est quelque fois plus judicieux de changer
carrément la carte mère par une plus récente, quand cela est possible.
DMSI3.Les microprocesseurs
3.3 TABLEAU RECAPITULATIF
Type Données Adresses Mémoire possible
Fréquenceen MHz
Copromath
Mémoire cache intégrée
Type boîtier / Support
Chipset Divers
8086 16 bits 20 bits 1 Mo 5 à 10 8087 non DIL 408088 16 bits int.
8 bits ext.20 bits 1 Mo 5 à 8 8087 non DIL 40
80286 16 bits 24 bits 16 Mo 6 à 12 80287 non PLCC, QFPLDCC PGA 68
80386 DX 32 bits 32 bits 4 Go 12.5 à 40 80387 non PGAQFP 132
80386 SX 32 bits int.16 bits ext
24 bits 16 Mo 12.5 à 40 80387 non PGA,QFP 88, 100
80486 SX 32 bits 32 bits 4 Go 16 à 50 80487 SX
8 Ko PGA 168Socket 1, 2
80486 DX 32 bits 32 bits 4 Go 16 à 50 intégré 8 Ko PGA 168 Socket 1, 2
80486 DX2 32 Bits 32 Bits 4 Go 25 ou 33 ext.50 ou 66 int.
intégré 8 Ko PGA 168Socket 1, 2
80486 DX4 32 Bits 32 Bits 4 Go 25 ou 33 ext.75 ou 100 int.
intégré 8 Ko16 Ko
PGA 168Socket 3
PENTIUM 64 bits 32 bits 4 Go 50 à 66 ext.60 à 200 int.
intégré 8 Ko don.8 Ko inst.
PGA 238Socket 5
430 FX430 HX430 VX430 TX
PENTIUMPRO
64 bits 32 bits 4 Go 60 ou 66 ext.133 à 200 int. intégré
8 Ko don.8 Ko inst.256, 512 Ko L21 Mo L2
PGA 387Socket 8
440 FX
PENTIUMMMX
64 bits 32 bits 4 Go 60 ou 66 ext.166 à 233 int.
intégré 16 Ko don.16 Ko inst.
PGA 238Socket 7
430 VX430 TX
MMX
PENTIUMII
64 bits 32 bits 4 Go 66 ou 100 ext.233 à 450 int.
intégré 16 Ko don.16 Ko inst.512 Ko L2 SECC
SLOT 1 440 LX440 BX
MMX
CELERON 64 bits 32 bits 4 Go 66 ext.266 à 300 int.
intégré 16 Ko don.16 Ko inst.
SLOT1 440 EX MMX
CELERON A
64 bits 32 bits 4 Go 66 ext.300 à 533 int.
intégré 16 Ko don.16 Ko inst.128 Ko L2
SLOT1PPGA 370Socket 370
440 EX440 ZX
MMX
XEON 64 bits 36 bits 64 Go 100 ou 133 ext.400 à 733 int.
intégré 16 Ko don.16 Ko inst.512 Ko, 1 Mo L2
SLOT 2 450 GX450 NXi840
MMX
(SSE)PENTIUMIII
64 bits 32 bits 4 Go 100 ou 133 ext.450 à 1130 int.
intégré 16 Ko don.16 Ko inst.256 Ko L2 512 Ko L2 SECC
SLOT 1FCPGA 370Socket 370
440 BXi820i815
MMXSSE
PENTIUMIV
64 bits 32 bits 4 Go 200 ext. (x2)2000 int.
intégré 16 Ko don.Cache µcode256 Ko L2
FCPGA 423Socket 478
i845i850
MMXSSE2
DMSI3.Les microprocesseurs
3.4 CHANGEMENT DE MICROPROCESSEUR
A l’origine, les processeurs à boîtiers PGA étaient montés sur des supports qui nécessitaient
un outil spécial, genre râteau, pour l’extraction du circuit qui restait problématique. Toutes les
cartes mères sont maintenant dotées pour ces boîtiers d'un support ZIF (Zero Insertion Force),
muni d'un levier de verrouillage, de façon à en faciliter l'échange. Il n’existe pas de problème
particulier pour l’extraction des processeurs montés sur cartouche SECC et utilisant le Slot 1 ou 2,
ceux-ci étant munis de cliquets de verrouillage facilitant l’échange du module.
Les difficultés risquent d’être causées par un manque probable de compatibilité des cartes
mères relativement anciennes avec les processeurs récents. Pour chaque processeur, il va falloir
définir une fréquence externe (celle de la carte mère) à 50, 60, 66, 75, 83,100 ou 133 MHz et une
fréquence interne (celle du processeur) ou le plus souvent le coefficient multiplicateur permettant
de l’obtenir. Celui-ci est réglable par bond de 0,5 dans une fourchette généralement comprise entre
1,5 et 8. Les tensions d’alimentations, surtout celle du cœur du processeur, sont, elles aussi
variables et doivent être ajustées en fonction des données du constructeur, les possibilités de
réglages pouvant s’étager de 2 V à 3,5 V généralement par incréments de 0,1 V.
Ces réglages sont le souvent modifiables par cavaliers, auquel cas il faut se référer à la notice
de la cartes mère ou aux tableaux de réglages quelque fois sérigraphiés sur la carte, pour savoir si
les spécifications du nouveau processeur sont supportées et comment les respecter. Certaines cartes
plus évoluées reconnaissent automatiquement le nouveau processeur à la mise sous tension et les
réglages sont alors disponibles dans une page particulière du Setup.
Les processeurs sont en outre pratiquement tous munis d’un ventilateur chargé du
refroidissement local. Celui-ci doit être correctement dimensionné et monté sur un radiateur
adéquat. Il est en règle générale alimenté soit par une prise mâle / femelle du type de celle utilisée
par les périphériques tels que le disque dur, soit par une prise miniature à trois broches branchée
directement sur la carte mère (connecteur FAN), il dispose alors d’un capteur de température.
Il convient de faire l’échange du processeur avec bien sûr l’ordinateur à l’arrêt, et après s’être
déchargé de l’électricité statique en touchant une partie métallique reliée à la terre. L’extraction de
l’ancien et la mise en place du nouveau processeur ne posent pas de problème particulier grâce aux
supports ZIF, mais il faut toutefois bien le positionner sans forcer, en orientation et en profondeur,
et veiller au bon verrouillage de l’ensemble processeur et ventilateur plus radiateur. Après
positionnement éventuel des cavaliers, à la mise en route, le nouveau processeur doit être reconnu
automatiquement par le BIOS qui en affiche généralement le type et la fréquence interne de
fonctionnement. Le cas échéant, il peut être nécessaire d’aller dans le Setup pour régler les
nouveaux paramètres.
DMSI4.La mémoire
4. LA MÉMOIRE
Par opposition avec la mémoire de masse contenant des données et programmes stockés en
général sur des supports magnétiques ou optiques, les autres types de mémoires existants dans un
ordinateur sont essentiellement électroniques et disposent de temps d'accès beaucoup plus faibles. Il
en existe deux grandes catégories :
4.1 LA MEMOIRE VIVE
Appelée aussi RAM (Random Access Memory), elle a la particularité de perdre ses
informations lors de la coupure de l'alimentation. Elle peut être de différents types :
4.1.1 La mémoire dynamique ou DRAM (Dynamic RAM)
Elle constitue la mémoire centrale des PC, là où sont recopiés les données et programmes
nécessaires au fonctionnement de l'ordinateur. Du fait de leur conception (charge d'un
condensateur), elles nécessitent un rafraîchissement périodique (≅ 15 µs) de façon à compenser les
pertes de ces condensateurs. Le type FPM (Fast Page Mode) a un temps d'accès de l'ordre de 70 ns,
on la trouve dans les ordinateurs sous la forme de barrettes de capacité variable organisées en mots
de 8 ou 32 bits, regroupées en bancs de taille variable suivant le microprocesseur. Elle peut se
présenter également en circuits séparés, montés ou non sur supports, dans la mémoire vidéo et sur
certaines machines.
Un autre type de DRAM est maintenant généralisé en barrettes 32 bits : l ' EDO-RAM
(Extended Data Output) ou HPM (Hyper Page Mode), dans laquelle l'ajout d'une bascule D en
sortie autorise le chargement d'une nouvelle adresse sans attendre la validation de la donnée
précédente en sortie, diminuant ainsi le temps de latence entre deux lectures. Elle est en outre
compatible avec la DRAM classique, mais une carte mère adaptée est toutefois requise pour un
fonctionnement à pleine vitesse.
La SDRAM (Synchronous DRAM), équipe toutes les machines actuelles, montée en barrettes
de 64 ou 72 bits. Pour les cartes mères fonctionnant à une fréquence supérieure à 66 MHz, celles-ci
doivent être certifiées à la fréquence considérée, 100 ou 133 MHz. Les bus de plus en plus rapides
entraînent une évolution de technologie avec la DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) qui
permet de traiter deux flux de données en un seul cycle d’horloge et double ainsi le taux de transfert
pour un surcoût modique. Ce type de mémoire paraît devoir assurer la transition avec d’autres
mémoires plus rapides encore.
Les RDRAM (Rambus DRAM) semblent avoir la préférence future des industriels; elles
améliorent la gestion des trois bus classiques en les regroupant en un bus unique plus performant,
ce qui leur permet d’atteindre des débits de 1,2 Go/s. Dans la version améliorée, la DRDRAM
(Direct RDRAM), les données sont transférées sous forme de paquets par un canal d’une largeur de
DMSI4.La mémoire
16 bits de données, ce qui permet de réduire le nombre de fils nécessaires et d’atteindre des vitesses
de fonctionnement de 800 MHz, soit une bande passante de 1,6 Go/s.
La VRAM (Vidéo RAM), la WRAM (Windows RAM), et la SGRAM (Synchronous
Graphic RAM l’équivalent graphique de la SDRAM), contrairement aux précédentes, sont des
mémoires à double accès et disposent d'entrées et de sorties séparées pour chaque bit. Elles sont
utilisées dans des cartes d'affichage haut de gamme du fait que l'on peut y lire les données, donc
une image, pendant que l'on y stocke la suivante. De la DDR SDRAM est maintenant installée sur
les cartes graphiques les plus performantes.
4.1.2 La mémoire statique ou SRAM (Static RAM)
Elle ne nécessite pas de rafraîchissement, mais du fait de la présence par bit de deux
transistors formant une bascule bistable (quand l'un est bloqué, l'autre est saturé), la consommation
de courant est beaucoup plus importante que pour des DRAM. Son coût est aussi plus élevé mais
son temps d'accès beaucoup plus faible (≅ 5 ns). Elle est réservée principalement à la mémoire
cache et a quelquefois été utilisée dans la mémoire vidéo de certaines cartes graphiques de haut de
gamme. Elle peut également se trouver avec une pile de sauvegarde sur des cartes PCMCIA.
4.1.3 La mémoire CMOS
C'est une mémoire statique utilisant la technologie CMOS (Complementary Metal Oxyde
Semiconductor), disposant d’une très faible consommation, mais d’un temps d'accès plus important
que les autres RAM. Elle permet, associée à une batterie ou une pile au lithium, de sauvegarder la
configuration de la machine (nombre et type de disques durs, de lecteurs de disquettes, date et
heure, etc..).
4.1.4 Le contrôle de parité
Utilisé auparavant dans la plupart des ordinateurs, il consiste à ajouter à chaque octet un bit
dit de parité. Ce bit sert à contrôler la validité de l'information et il est fonction de la somme des 8
bits de l'octet. Dans le cas d'une parité paire, il est mis à un si le résultat est pair, sinon à zéro; dans
le cas d'une parité impaire, c'est le contraire. Ceci explique que dans les PC anciens, les barrettes
mémoires comportent effectivement 9 bits pour des octets ou 36 bits pour des mots de 32 bits. Un
système similaire appelé ECC (Error Correction Code) est maintenant utilisé avec les barrettes 64
bits sur les ordinateurs récents et surtout sur les serveurs. Un algorithme plus élaboré permet alors
une correction automatique des erreurs.
DMSI4.La mémoire
4.2 LA MEMOIRE MORTE
Contrairement aux mémoires précédentes celle-ci ne peut être que lue, ce qui explique son
sigle ROM (Read Only Memory). Elle est programmée une fois pour toutes par le constructeur et
son contenu est figé. Dans un ordinateur elle contient le BIOS (Basic Input Output System),
ensemble de routines servant à gérer les communications entre l'unité centrale et les périphériques.
Il existe également des PROM (Programmable ROM) livrées vierges et programmables à
l'aide d'un programmateur, et des EPROM (Erasable PROM) effaçables par un rayonnement
ultraviolet et pouvant être réécrites, toujours avec la même machine.
La tendance actuelle est d'utiliser des EEPROM (Electrical EPROM) ou FLASH-EPROM
qui sont effaçables électriquement. Elles nécessitent par contre pour être effacées et reprogrammées
un environnement spécial qui permet la remise à jour du BIOS à partir de disquettes ou par
téléchargement, sans intervention matérielle.
Quelques cartes d'extension, telles que la carte d'affichage ou certaines cartes SCSI possèdent
aussi un BIOS interne, donc de la ROM.
Les ROM ayant un temps d'accès relativement important et les routines composant le BIOS
étant utilisées fréquemment, on pallie cet inconvénient en copiant, au démarrage du système, le
BIOS en RAM. Il suffit ensuite d'aller lire dans la RAM cette "Shadow ROM" (ROM fantôme)
suivant les besoins pour en accélérer l'exécution. La même technique est quelquefois employée
avec de la mémoire cache pour encore plus de rapidité.
4.3 TOPOGRAPHIE DE LA MEMOIRE
Elle comporte plusieurs parties :
4.3.1 La mémoire conventionnelle (640 Ko).
C'était initialement la seule pouvant être gérée par le DOS; on y trouve :
de 000000 H à 0003FF H : 1 Ko réservé aux 256 vecteurs d'interruption de 4 octets chacun.
de 000400 H à 0004FF H : 256 octets de données du BIOS.
de 000500 H à 09FFFF H : 639 Ko libres pour les programmes et les gestionnaires.
4.3.2 La mémoire supérieure de (640 Ko à 1 Mo).
Elle est gérée grâce au gestionnaire EMM386.EXE déclaré dans le fichier CONFIG.SYS. Le
DOS y a accès par la commande DOS=UMB (Upper Memory Bloc) dans ce même fichier. Elle est
divisée en plusieurs zones :
de 0A0000 H à 0AFFFF H : 64 Ko réservés aux transferts avec la carte VGA graphique.
de 0B0000 H à 0B7FFF H : 32 Ko pour le texte VGA monochrome.
de 0B8000 H à 0BFFFF H : 32 Ko pour le texte VGA couleur.
de 0C0000 H à 0C7FFF H : 32 Ko prévus pour le BIOS de la ROM vidéo.
DMSI4.La mémoire
de 0C8000 H à 0EFFFF H : 160 Ko libres pour des ROM ou des programmes résidants.
Ceux-ci y sont alors chargés par la commande DEVICE HIGH dans le CONFIG.SYS ou LH
(Load High) dans l'AUTOEXEC.BAT.
de 0F0000 H à 0FFFFF H : 64 Ko réservés a la ROM ou la shadow-rom du BIOS système.
4.3.3 La mémoire étendue
Appelée aussi XMS (eXtended Memory System), elle se trouve au dessus de 1 Mo et son
accès est autorisé par le gestionnaire HIMEM.SYS qui la teste au lancement du système. Le DOS
peut y être chargé dans la HMA (Hight Memory Array), zone mémoire de 64 Ko immédiatement
au dessus de 1 Mo, par la commande DOS=HIGH dans le CONFIG.SYS.
4.3.4 La mémoire paginée
On la retrouve plus couramment sous le nom d'EMS (Expanded Memory System). Déclarée
par le fichier EMM386.EXE dans le CONFIG.SYS, elle est tronçonnée en pages de 64 Ko
auxquelles on accède par l'intermédiaire d'une fenêtre de même taille, ouverte généralement entre
0D0000 H et 0E0000 H dans la zone libre de la mémoire supérieure.
4.3.5 La mémoire virtuelle
Cette technique permet de simuler la présence d'une quantité de mémoire plus importante.
Elle consiste à transférer sur le disque dur, dans une zone d'échange, une partie des données dont on
a temporairement plus besoin, d'utiliser la place laissée ainsi libre pour d'autres tâches, puis, celles-
ci terminées, de les restaurer en mémoire centrale lorsque le besoin s'en fait sentir (Swap). Ceci est
notamment utilisé sous Windows où il existe un fichier d'échange de plusieurs, voire d’une
vingtaine de Mega-octets.
DMSI4.La mémoire
4.3.6 Récapitulatif
64 Ko HMA
64 Ko ROM BIOS Système
Libre pour ROM et
gestionnaires
32 Ko ROM BIOS VIDEO
32 Ko Texte couleur
32 Ko Texte monochrome
64 Ko VGA graphique
Vecteurs d’interruptions
Libre pour programmes et gestionnaires
110000H
100000H
F0000H
C8000H
C0000H
B8000H
B0000H
A0000H
400H 1 Ko
640 Ko
1 Mo
MEMOIRES ETENDUE ET
PAGINEE
MEMOIRE SUPERIEURE
MEMOIRE CONVENTIONELLE
DMSI4.La mémoire
4.4 AUGMENTATION DE LA CAPACITE MEMOIRE
4.4.1 Mémoire centrale
Les logiciels modernes sont très gourmands en quantité mémoire, et de façon à éviter les
opérations de Swap qui font perdre beaucoup de temps, il est souvent nécessaire de procéder à une
augmentation de la capacité mémoire de l'ordinateur.
Cette mémoire vive ou RAM se présente habituellement sous forme de barrettes s'insérant
dans des connecteurs spéciaux; certains anciens PC, de plus en plus rares, disposaient de
composants mémoire directement implantés sur la carte mère. Ces barrettes, regroupées en bancs
(Bank), peuvent se trouver sous différentes formes :
- les barrettes SIP (Single In Picots), maintenant abandonnées, et les SIMM (Single In-line
Memory Module), toutes deux de 9 bits (8 bits + 1 bit de parité) avec 30 broches,
comportaient 3 ou 9 circuits intégrés et disposaient de 256 Ko, 512 Ko, 1 Mo, 2 Mo ou 4 Mo
de capacité mémoire. Dans les machines à base de 80286, elles étaient associées par 2 pour
former des bancs de 16 bits correspondants à la largeur du bus de données du
microprocesseur. Avec les 80386 et 80486, les bancs contenaient 4 barrettes, soit 32 bits
utiles.
- les barrettes SIMM de 72 broches à 32 ou 36 bits (pour les 4 bits de parité) contiennent 4, 8,
16 ou 32 Mo de DRAM standard (ou FPM) ou plus récemment d'EDO-RAM (ou HPM). On
trouve en règle générale quatre emplacements répartis en deux bancs de deux avec les
Pentium ou quatre bancs unitaires dans les autres machines équipées de 80486.
- les barrettes DIMM (Dual In-line Memory Module) de 168 broches, quant à elles,
possèdent 64 ou 72 bits (pour l’ECC) avec une capacité minimum de 16 Mo de SDRAM ou
d’EDO-RAM. Des nouveaux modules à base de DDR SDRAM sont apparus pour des
fréquences de2x100 ou 2x133 MHZ en portant le débit à 1.6 et 2.1 Go/s.
- les barrettes RIMM (Rambus In-line Memory Module) de 64 ou 72 bits de DRDRAM. Les
données sont transférées sous forme de paquets par un canal d’une largeur de 16 bits de
données, ce qui permet de réduire le nombre de fils nécessaires et d’atteindre des vitesses de
fonctionnement de 800 MHz. Dans une chaîne de DRDRAM, tous les supports doivent être
occupés et un terminateur est nécessaire en bout de bus. Des barrettes appelées continuity
module, sans composant mémoire, ont par ailleurs été développées pour boucher les trous.
Une autre caractéristique des mémoires concerne leur temps d'accès qui doit être adapté à la
fréquence d'horloge de la carte mère. On le retrouve suivant les terminaisons des inscriptions
sérigraphiées sur les composants mémoires, selon le tableau ci-après :
DMSI4.La mémoire
Inscription Temps d'accès * Fréquence carte mère
Mémoires FPM
- 20 200 ns 4,7 MHz
- 15 150 ns 6 MHz
- 12 120 ns 10 MHz
- 10 100 ns 16 MHz
- 80 ou - 08 80 ns 20 MHz
- 70 ou - 07 70 ns 25 MHz et plus
- 60 ou - 06 60 ns 33 MHz et plus
Mémoires EDO
- 60 ou - 06 60 ns 33 MHz et plus
- 50 ou - 05 50 ns 50 MHz et plus
Mémoires SDRAM
-10 10 ns 66 MHz
- 8 (PC100) 8 ns 100 MHz
(PC133) 6 ns 133 MHz
* Les temps d’accès n’étant pas calculés de la même façon avec les FPM ou EDO qu’avec les
SDRAM, la différence réelle n’est pas si importante que ne laisse supposer ce tableau.
Sur chaque banc les barrettes doivent être identiques en capacité et temps d'accès, si possible
de même fabrication. Les capacités supportées sur chaque banc sont fixées par le constructeur (se
reporter à la documentation de la carte).
Il faut aussi faire attention aux barrettes équipées de circuits intégrés sur les deux faces à
cause des problèmes d’encombrement dus au faible écartement habituel des connecteurs. D’autre
part, il existe des adaptateurs SIMM 8/9 bits vers des SIMM 32/36 bits ainsi que des DIMM vers
des RIMM pour pouvoir utiliser des SDRAM à la place des Rambus, si le BIOS de la carte mère le
permet.
Marche à suivre pour l'installation de nouvelles barrettes mémoire :
- avant l'achat, vérifier sur la documentation les possibilités d'installation et déterminer le
temps d'accès.
- éteindre l'ordinateur, puis l'ouvrir.
- avant toute autre manipulation se décharger de l'électricité statique.
- enlever éventuellement les barrettes en trop.
- positionner les nouvelles barrettes en tenant compte des remarques précédentes et en faisant
attention au sens (détrompeur, ne jamais forcer).
DMSI4.La mémoire
- certaines barrettes DIMM ayant besoin de 5 V d’alimentation au lieu des 3 V normaux
(généralement des barrettes EDO), un cavalier est à positionner alors correctement sur la carte
mère.
- allumer l'ordinateur, celui-ci doit reconnaître et tester automatiquement la mémoire durant
le "boot". Un message peut éventuellement s'inscrire sur l'écran s'il est nécessaire de valider la
nouvelle valeur dans le SETUP, suivre alors les indications.
- vérifier que l’indication du type de mémoires correspond bien à la réalité.
- Si tout s'est bien passé, éteindre l'ordinateur et le refermer.
4.4.2 Mémoire cache
Il n'est possible d'augmenter que la mémoire cache de second niveau (dans certains cas) qui
peut avoir une capacité maximale comprise entre 128 Ko et 1 Mo. Elle est composée exclusivement
de RAM statiques soit soudées, soit montées sur des supports DIL (Dual In Line) ou SOJ (Small
Outline Jedec) ou encore sur des barrettes de 256 ou 512 Ko s’enfichant dans des supports CELP
(Card Edge Low Profile), avec une seule barrette par carte mère.
Il vaut mieux se référer à la documentation de la carte pour connaître la quantité et le type de
mémoire qu'il est possible de rajouter, ainsi que la position des cavaliers éventuels.
DMSI5.Les circuits de gestion
5. LES CIRCUITS DE GESTION
5.1 GENERALITÉS
Afin de gérer et d'accélérer les échanges entre les mémoires, les périphériques et le µP
(microprocesseur) en le déchargeant de certaines tâches, différents circuits ont été développés.
Depuis l’apparition des Pentiums, ces circuits sont désignés sous le nom de chipset et on les trouve
généralement intégrés en deux boîtiers directement soudés sur la carte mère. Par exemple, dans le
440 BX, le premier, appelé North Bridge (pont nord) est chargé plus particulièrement des
échanges entre le bus hôte du processeur, l’interface AGP, la mémoire système et le bus PCI. Il
supporte également certaines fonctions de gestion de l’alimentation. Le second, ou South Bridge
(pont sud), est un pont multifonctions entre le bus PCI d’une part et le bus ISA, les ports USB et les
interfaces IDE d’autre part.
Microprocesseur
Slot 1
PII ou Celeron
Mémoirecache L2SRAM
FSB100MHz800Mo/s
Pont Nord
ContrôleurPCI / AGP
PAC
MémoiresystèmeSDRAM
800 Mo/s528 Mo/sSlot
AGP 2X
132 Mo/sSlotsPCI
Pont Sud
Pontmultifonction
PCI / ISA-USB-IDE
USB1
USB2
IDE Primaire
IDE Secondaire
Clavier PS/2ContrôleurEntrées /Sorties
Super I/OSouris PS/2
Série 1Série 2
Parallèle
Disquettes
CHIPSET440BX
SlotsISA
16 Mo/s
12 Mo/s
12 Mo/s
33 Mo/s
33 Mo/s
Infra-Rouge
Freq.Int. ou ½ Freq.Int.
DMSI5.Les circuits de gestion
D’autres fonctions de gestion d’alimentation ainsi que l’horloge temps réel associée avec les
256 octets de la mémoire CMOS y sont aussi implantées. Les contrôles du clavier, de la souris, des
ports série et parallèle, des lecteurs de disquettes et du port infrarouge éventuel sont assurés alors
par un contrôleur d’entrées / sorties annexe appelé Super I/O. Diverses autres fonctions sont par
ailleurs réparties dans ces différents circuits et sont décrites ci-après.
5.2 CONTROLEUR MEMOIRE
Incorporé au pont nord, il génère les signaux de commande nécessaires à l'utilisation et au
rafraîchissement de la mémoire centrale, en fonction de son mode de fonctionnement (parité, ECC,)
et de son organisation : type de mémoire, nombre de bancs, nombre de barrettes par bancs, capacité
installée par barrette.
5.3 CONTROLEUR DE MEMOIRE CACHE
En plus de la mémoire cache de premier niveau (L1) intégrée dans les microprocesseurs, il est
devenu nécessaire d'installer une mémoire cache supplémentaire de second niveau (L2). Celle-ci,
implantée dans un premier temps (jusqu’au socket 7) sur la carte mère, est maintenant incorporée,
accompagnée de son contrôleur, dans la cartouche SECC ou directement dans le processeur.
Le fonctionnement de la mémoire cache se résume de la façon suivante : dans le cas où le
processeur n'aurait pas trouvé la donnée recherchée dans le cache L1, le contrôleur vérifie sa
présence dans le cache de second niveau. Si elle n'y est pas, il la lui transmet à partir de la mémoire
centrale et la recopie dans le cache L2. La lecture anticipée consiste à y copier aussi un bloc
renfermant le contenu des adresses suivantes, de façon à ce qu’elles y soient disponibles.
Parmi les différentes façons de gérer la mémoire cache, la plus courante est l’association par
ensemble ou set associative. Avec cette méthode les blocs les moins utilisés sont écrasés en
priorité.
La remise à jour de la mémoire centrale peut être exécutée de deux manières différentes :
- Après chaque accès dans la mémoire cache, le bloc de données concerné est
systématiquement recopié dans la mémoire centrale, même s’il n’a pas été modifié : c'est
l'écriture immédiate ou Write Through, méthode peu performante car monopolisant
constamment le bus mémoire.
- L'écriture différée ou Write Back consiste à ne remettre à jour la mémoire centrale qu’en
cas de modification ou de remplacement des blocs de données dans le cache.
Le choix entre ces deux techniques peut être généralement fait au niveau du SETUP.
Les cartes mères fonctionnent maintenant avec un système de mémoire cache Write Back
synchrone. Avec cette méthode, la mise à jour de la mémoire centrale ne s'effectue que s'il y a eu
DMSI5.Les circuits de gestion
effectivement modification des données, et en synchronisation avec le processeur, lorsqu’il ne tente
pas d'y accéder.
Les mémoires "Pipeline Burst" sont des mémoires SRAM spéciales qui ne nécessitent qu'une
adresse par mot de 64 bits au lieu d’une pour 16 bits. Le gain en temps est donc de trois cycles de
décodage par mot de 64 bits. Les mémoires caches L2 intégrées au processeur fonctionnent
maintenant avec des mots de 128, voire de 256 bits.
La méthode prédictive ou prefetching consiste à anticiper avec plus ou moins d'exactitude
le chargement dans le cache du bloc de données suivant, ce qui suppose l'analyse du code avant
sont exécution par le processeur, donc une complexité accrue de la carte par l'adjonction d'un
autre ....processeur! Solution maintenant envisagée pour certains PC.
5.4 CONTROLEUR CLAVIER
Lors de l'appui sur une touche, le micro-contrôleur installé dans le clavier renvoie au
contrôleur clavier un code (sous forme série) qu'il stocke dans une mémoire tampon. Le contrôleur
clavier provoque à son tour une demande d'interruption (IRQ 1) sur le PIC. Au cours du traitement
qui s'en suit, il présente le code, correspondant à la position géographique de la touche enfoncée,
sur le bus de données. Le processeur le compare à la table du gestionnaire de clavier utilisé (suivant
le type de clavier et le pays) et mémorise le caractère correspondant en attendant son utilisation
ultérieure. Le tampon est ensuite effacé.
Dans certains cas, le contrôleur de clavier peut gérer aussi la souris (souris PS/2 avec prise
mini-DIN) ou celle-ci peut disposer également d'un contrôleur indépendant basé sur le même
principe.
DMSI5.Les circuits de gestion
5.5 CONTROLEUR D’INTERRUPTIONS
PIC
esclave
PIC
maître
Contrôleur d'interruptions
Contrôleur
de bus
Micro-
ProcesseurIRQ0IRQ1IRQ2IRQ3IRQ4IRQ5IRQ6IRQ7
IRQ8IRQ9IRQ10IRQ11IRQ12IRQ13IRQ14IRQ15
Bus d'adresses
Bus de données
bus de contrôle
INTR
INTA
Timer 0 – H. sys.Contrôleur clavier
COM2COM1
Son / LPT2
LPT1
Horloge TRCarte VGA
Contrôleur SCSISouris
Coprocesseur IDE Primaire
Disquettes
Carte réseau / USB
IDE Secondaire
Le contrôleur d'interruptions
Lorsqu'un périphérique (clavier, disque dur ou autre) réclame un traitement spécial, il le fait à
travers une ligne spécifique arrivant sur le contrôleur d'interruptions. Celui-ci ne peut gérer que 15
interruptions matérielles différentes, dont certaines réservées, l’une d’entre elles (IRQ 2, Interrupt
Request 2) étant utilisée pour la mise en cascade des deux parties.
Quand une interruption arrive sur une de ses lignes, le PIC (Peripherial Interrupt Controler)
prévient le microprocesseur (INTR) qui répond par son bus de contrôle lorsqu'il est prêt et
sauvegarde son contexte dans la pile. Le contrôleur de bus envoie alors un accusé de réception au
PIC (INTA) qui dépose à ce moment le numéro de l'interruption activée sur le bus de données. Le
processeur va ensuite chercher dans la table des vecteurs d’interruptions, placée en début de
mémoire centrale, l'adresse de départ de la routine correspondante et l'exécute. Après le traitement
de l'interruption, le contexte initial est restauré et le programme reprend son déroulement normal.
Grâce aux fonctionnalités du système Plug and Play, certaines interruptions peuvent être
partagées et communes à plusieurs cartes, sous réserve qu’elles soient compatibles.
DMSI5.Les circuits de gestion
5.6 CONTROLEUR DMA
Contrôleur
de bus
Micro-
Processeur
Bus d'adresses
Bus de données
bus de contrôle
Contrôleur DMA
DMA1
8 bits
DMA2
16 bits
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Canal 4
Canal 0
Canal 5
Canal 6
Canal 7
DMAHOLD
DMAHLDA
HOLD
HLDA
TC
Rafraichissement
disquettes
Libre
Libre
Libre
Libre
Libre
Le contrôleur DMA
Il sert à accélérer les transferts de grandes quantités d'informations entre la mémoire centrale
et une mémoire de masse tout en déchargeant le processeur de cette tâche. Il existe 7 canaux DMA
(Direct Memory Access) disponibles dans un PC moderne : 4 en 8 bits et 3 en 16 bits car un canal
est utilisé pour la mise en cascade de ces deux parties. Chaque canal comprend deux lignes :
DREQ (Dma REQuest) pour la demande, et DACK (Dma ACKnowledge) pour l'accusé de
réception. Son fonctionnement peut se résumer de la façon suivante :
Une demande DMA survient sur un des canaux (DREQ), le contrôleur DMA prévient alors le
contrôleur de bus (DMAHOLD) qui en informe le microprocesseur (HOLD). Celui-ci termine
l'instruction en cours, met son bus en haute impédance et accuse réception (HLDA). Le contrôleur
DMA, prévenu par le contrôleur de bus (DMAHLDA), le signale au périphérique demandeur
(DACK), prend le contrôle du bus et effectue le transfert. Une fois celui-ci effectué, il en informe le
périphérique (TC, Terminal Count) et, toujours par l'intermédiaire du contrôleur de bus
(DMAHOLD), le (HOLD) qui peut alors reprendre l'exécution du programme en cours.
Le canal 0 est utilisé pour le rafraîchissement des mémoires vives : sa ligne DREQ0 est reliée
à la sortie du TIMER 1, de façon à lui faire effectuer un cycle de lecture / écriture de la RAM
toutes les 15 µs.
Grâce à l’utilisation des mémoires caches internes, le microprocesseur peut continuer à
fonctionner pendant les transferts DMA.
DMSI5.Les circuits de gestion
5.7 TIMER
Le timer est un circuit temporisateur contenant trois compteurs de temps :
- La sortie du compteur 0 est reliée à l'entrée IRQ 0 du PIC, elle fournit des impulsions à une
fréquence de 18,2 Hz (T=55 ms) utilisées pour faire évoluer l'horloge du système.
- Le compteur 1 délivre un signal de période 15 µs servant à commander le rafraîchissement
des mémoires vives par l'intermédiaire du canal 0 du DMA.
- Les signaux provenant du compteur 2 sont destinés à produire des sons qui, après
amplification, sont appliqués sur le haut-parleur.
5.8 HORLOGE TEMPS REEL
Couplée avec la mémoire CMOS et alimentée en même temps que celle-ci par une batterie ou
une pile, elle fournit en permanence la date et l'heure au système. Elle est reliée à l’IRQ 8.
DMSI5.Les circuits de gestion
5.9 PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DES CHIPSETS
Type Type support
Nbre CPU
Type RAM RAM max Mo
Cache max Ko
Fréqu.bus MHz
Transferts EIDE
AGP Processeurdédié
Divers
Intel 430 HX Socket 7 2 EDO 512 512 66 PIO4 Non Pentium USBIntel 430 VX Socket 7 1 EDO
SDRAM128 512 66 PIO4 Non Pentium
Pentium MMXUSB
Intel 430 TX Socket 7 1 EDOSDRAM
256 512 66 (83)
UDMA33 Non PentiumPentium MMX
USBACPI
Intel 440 FX Socket 8 4 EDO 1024 66 PIO4 Non Pentium ProIntel 440 LX Slot 1 2 EDO
SDRAM1024 512 66
(100)UDMA33 2X Pentium II
F < 400 MHzUSBACPI
Intel 440 BX Slot 1 Socket 370
2 SDRAM 1024 512 100 (133)
UDMA33 2X Pentium IIF ≥ 400 MHzPentium III
USBACPI1PCI32
Intel 440 EX Slot 1 1 EDOSDRAM
512 256 66 UDMA33 2X Celeron USBACPI
Intel 450 GX Slot 2 4 SDRAM 2048 512 100 UDMA33 PRO 4X
Pentium ProPII Xeon
USBACPI2PCI32
Intel 450 NXBasic
Slot 2 4 EDO DIMM ECCSDRAM
4084 1024 100 UDMA33 PRO 4X
PII Xeon USBACPI2PCI32 ou1PCI64
Intel 450 NXStandard
Slot 2 4 EDO DIMM ECCSDRAM
8168 1024 100 UDMA33 PRO 4X
PII Xeon USB, ACPI4PCI32 ou2PCI32+1PCI64
Intel i810 Slot 1 2 SDRAM 133 UDMA66 Celeron, Pentium II, III
USB, ACPIgraphisme
Intel i815 Socket 370
1 SDRAM 512 133 UDMA66 4X Celeron, Pentium II, III
USB, ACPIGraphismeSon, CNR
Intel i815E Socket 370
1 SDRAM 512 133 ATA 100 4X Celeron, Pentium II, III
4USB, ACPIGraphismeSon, CNR
Intel i820 Slot 1Socket370
2 SDRAM DRDRAM
1024 133 UDMA66 4X Pentium II, III USBACPI
Intel i820E Slot 1Socket370
2 SDRAM DRDRAM
1024 133 ATA 100 4X Pentium II, III 4USBACPI
Intel i840 Slot 2 4 SDRAM DRDRAM
100 133
UDMA66 PRO4X
PIII Xeon USBACPI
Intel i845 Socket 423/478
4 SDRAM 4x100 PRO 4X
P4
Intel i845D Socket 423/478
4 DDRRAM 4x100 PRO 4X
P4
Intel i850 Socket 423/478
4 RAMBUS 4x100 PRO 4X
P4
AMD 750 Slot ASocketA
1 SDRAM 768 2x100 UDMA66 2X Athlon 4USBACPI
AMD 760 SocketA 1 DDR SDRAM 4 Go 2x133 ATA 100 4X Athlon 4USBACPI
VIA Appolo VP1
Socket 7 2 EDOSDRAM
512 2048 75 (83)
UDMA33 Non Pentium MMX USB
Type Type support
Nbre CPU
Type RAM RAM max Mo
Cache max Ko
Fréqu.bus MHz
Transferts EIDE
AGP Processeurdédié
Divers
VIA Appolo MVP3
Socket 7 2 EDODDR/SDRAM
1024 2048 100 UDMA33 2X Pentium MMXK6-3
USBACPI
DMSI5.Les circuits de gestion
VIA Appolo KT133
SocketA 1 SDRAM PC133
1.5 Go 200 UDMA66 4X AthlonDuron
4USBACPI
VIA Appolo KX133
Slot A 1 SDRAM PC133
1.5 Go 200 UDMA66 4X Athlon 4USBACPI
VIA Appolo Pro 133A
Slot 1Socket370
1 SDRAM 1.5 Go 133 UDMA66 4X Celeron, Pentium II, III,VIA Cyrix III
USBACPI
VIA Appolo ProSavagePM133
Slot 1Socket370
1 SDRAM 1.5 Go 133 UDMA66 4X Celeron, Pentium II, III,VIA Cyrix III
4USBACPIgraphisme
VIA Appolo KT266
SocketA 1 DDRSDRAM SDRAM
2x133 ATA100 4X AthlonDuron
6USBACPI
VIA Appolo Pro 266T
Socket370
2 DDRRAM 2x133 4X CeleronPIII
VIA P4X266 Socket 423/478
4 DDRRAM 4x100 PRO 4X
P4
VLSI Lynx Socket 7 1 EDO 256 512 75 (83)
PIO4 Non Pentium MMXK6
USB
SIS 5591/92 Socket 7 1 EDOSDRAM
1024 1024 90 UDMA33 2X Pentium MMXK6-2
USBACPI
SIS 630S Slot 1Socket370
1 SDRAM 3 Go 133 ATA 100 4X Celeron, Pentium II, III
6USBACPIgraphisme
SIS 645S Socket 423/478
4 DDRRAM 4x100 PRO 4X
P4
SIS 735S SocketA 2 DDRRAM 2x133 PRO 4X
DuronAthlon XP
ALI Alladin V
Socket 7 1 EDOSDRAM
1024 1024 100 UDMA33 2X Pentium MMXK6-3
USBACPI
ALI Magik 1 SocketA 2 DDRRAM 2x133 PRO 4X
DuronAthlon XP
ALI Alladin P4
Socket 423/478
4 DDRRAM 4x100 PRO 4X
P4
DMSI6.Les bus d’extension
6. LES BUS D’EXTENSION
6.1 LE BUS ISA (Industry Standart Architecture)
Initialement employé dans les XT avec une largeur de 8 bits de données, il a été étendu à 16
bits dans les AT. On le reconnaît grâce à ses connecteurs de couleur noire de deux dimensions
différentes, pour les 8 bits ou les 16 bits, encore présents dans la majorité des PC. Il est piloté par
un contrôleur de bus ISA à travers une série de buffers (séparateurs / amplificateurs) et sa
fréquence de fonctionnement ne peut pas dépasser 8 MHz pour un débit de 8 ou 16 Mo/s.
6.2 LE BUS MCA (Micro Channel Architecture )
Face à la montée en puissance des microprocesseurs (nombre de bits de données et vitesse),
IBM a tenté seul de lancer ce nouveau standard de bus dont l’architecture tourne à 10 MHz qui
disposait de 32 bits de données et au potentiel très riche, mais incompatible avec le bus ISA, et il a
été pratiquement abandonné. Les connecteurs sont de couleur marron avec des contacts à une
densité double de l'ISA.
6.3 LE BUS EISA ( Extended Industry Standart Architecture)
En réponse au bus MCA, d'autres constructeurs ont créé ce bus, d'une taille de 32 bits de
données également et avec une fréquence de 8 MHz soit un débit de 32 Mo/s. Il est compatible avec
le bus ISA mais il n'a pas eut le succès escompté à cause de sa limitation en fréquence et on ne le
trouve plus que sur des serveurs. Ses connecteurs sont de couleur marron avec une densité de
broches identique à celle du MCA mais disposées sur deux niveaux et en quinconce..
µ P Bus µPContrôleur
ISA ou EISA
Bus ISA
16 bits
8 bits
Connecteurs ISA ou EISA
Mémoire
centrale
ou EISA
Architecture du bus ISA ou EISA
DMSI6.Les bus d’extension
6.4 LE BUS VESA ( Vidéo Electronics Association)
Appelé aussi VLB (Vesa Local Bus) il est pris directement sur le bus du microprocesseur et
fonctionne donc à la même vitesse, avec une largeur de 32 bits de données. Il est toutefois limité à
trois connecteurs pour ne pas surcharger le µP, mais son coût est très faible puisqu'il n'entraîne pas
de circuit supplémentaire. On le reconnaît par ses connecteurs de couleur marron installés en bout
des connecteurs ISA 16 bits existants. Initialement prévu pour les processeurs de la série 486, une
autre version devait permettre de passer en 64 bits ( pour le Pentium ) à une fréquence de 50 MHz,
mais n'a jamais vu le jour car ce type de bus a été rapidement abandonné au profit du PCI.
Bus µPContrôleur
ISABus ISA
Connecteurs ISA
µ P
Bus VLB
Connecteurs VESA
Mémoire
centrale
Architecture du bus VESA
6.5 LE BUS PCI (Peripherial Component Interconnect )
Avec des performances comparables, mais plus perfectionné, et donc plus cher, celui-ci est
tourné vers l'avenir car il ne dépend plus des caractéristiques du microprocesseur. Il nécessite
toutefois la présence de contrôleurs spécifiques appelés ponts pour en gérer les 32 bits à une
fréquence de 33 MHz, soit avec un débit maximum de 132 Mo/s. Des versions à 64 bits et / ou à 66
MHz permettent de doubler, voire de quadrupler ces performances sur des serveurs ou des stations
de travail haut de gamme. Une nouvelle version, le PCI-X devrait passer à 64 bits et à une cadence
de 133MHz, soit un débit de 1 Go/s, tout en restant compatible avec les cartes d’extension
actuelles.
Il autorise en outre la prise de contrôle du bus directement par les périphériques,
indépendamment du µP, ainsi que la configuration automatique des cartes d'extension. Le
DMSI6.Les bus d’extension
contrôleur ISA ou EISA est le plus souvent connecté sur le bus PCI et prend alors le nom de pont
PCI / ISA ou EISA.
De façon à augmenter le nombre de connecteurs disponibles, des architectures plus
complexes ont été développées, faisant appel à des ponts PCI / PCI supplémentaires. De même, sur
certains serveurs, des architectures à double bus PCI ont vu le jour, doublant de ce fait le débit
autorisé. Les connecteurs PCI sont de couleur blanche et décalés par rapport aux connecteurs ISA.
Bus µPContrôleur
ISA ou EISABus ISAou EISA
Connecteurs ISA ou EISA
µ P
Bus PCI
Connecteurs PCI
Pont
Hôte / PCI
Mémoire
centrale
Architecture du bus PCI
6.6 LE BUS AGP (Accelerated Graphics Port )
le bus PCI, aussi rapide soit-il, représente un goulet d’étranglement face aux débits élevés
réclamés par les cartes graphiques 3D de plus en plus performantes. Le bus AGP a donc été conçu
spécialement pour ces cartes et il peut atteindre des hauts débits tout en libérant le bus PCI pour
d’autres applications. D’autre part, il permet le traitement d’éléments graphiques volumineux dans
la mémoire centrale grâce à un processus appelé DIME (Direct Memory Execute), gestion
dynamique de la mémoire qui permet de n’en utiliser que le strict nécessaire.
Ce bus était prévu à l’origine pour fonctionner à deux vitesses : 1X en utilisant les fronts
montants de l’horloge à 66 MHz, soit un débit de 264 Mo/s ou 2X en employant les deux fronts de
cette même horloge, avec un taux de transfert de 528 Mo/s. Il supporte en outre trois modes de
transmission : le Frame, peut efficace et prévu pour les cartes 1X, le Pipe en 2X ou les ordres et les
données sont mélangées, et le SBA (Side Band Addressing) qui utilise 8 lignes spéciales pour les
DMSI6.Les bus d’extension
commandes, les données étant alors envoyées simultanément et sans interruption, mode évidement
le plus performant.
L’AGP 4X double la quantité d’informations envoyées, la bande passante dépassant alors le
Go; l’utilisation du bus à 133 MHz est indispensable pour obtenir ces performances, les mémoires
devant évidement suivre ces mêmes cadences. L’AGP Pro, extension du mode 4X pour les stations
de travail permet en outre de gérer des cartes consommant 50 ou 110 W contre 25W
précédemment.
Le bus AGP a été initialement développé par Intel pour fonctionner avec le Pentium II et en
tirant parti de la mémoire cache particulière à ce processeur; les Celeron, Xeon et autres Pentium
III sont également supportés grâce à leurs nouveaux chipsets dédiés. Il a depuis été adapté aux
autres processeurs utilisant le socket 7 ou le slot A par des constructeurs tels que Via, SIS, AMD
ou ALI qui ont optimisé leurs propres chipsets.
Bus Bus ISAou EISA
ISA ou EISA
Bus PCI
Connecteurs PCI
Mémoire
Connecteurs
Pont PCI /
ISA - EISA
Bus AGP
Connecteur
AGP
Chipset
centrale
µ P µ P
Architecture du bus AGP
6.7 LE BUS PCMCIA (PC Memory Card Internationnal Association)
Principalement destiné aux portables, il possède des possibilités limitées à 16 bits de données
à 33 MHz et 26 lignes d'adresses, soit 64 Mo adressables. Il a été initialement prévu pour supporter
des cartes mémoire au format d'une carte de crédit munies d'un connecteur miniature. Il permet
d'exécuter des programmes directement à partir de ces cartes sans avoir à les charger en mémoire
centrale. Il est également possible, grâce à la configuration spéciale des connecteurs, d'échanger les
cartes sans couper l'alimentation de l'ordinateur.
DMSI6.Les bus d’extension
6.8 LE BUS USB (Universal Serial Bus)
Elaboré en 1995 par plusieurs grands constructeurs, ce bus permet de connecter sans
redémarrage de l'ordinateur une grande variété de périphériques, avec une meilleure bande passante
(donc une plus grande vitesse de transfert) que les ports « série » ou « parallèle ».
Il permet de brancher jusqu’à 127 éléments simultanément, avec un débit total maximum de 1,5
Mo/s pour l’USB 1.1. Il existe deux types de fonctionnement : un mode dit haute vitesse, où un seul
périphérique gourmand en ressources occupe toute la bande passante (1,5 Mo/s), et un second
appelé basse vitesse, où les périphériques plus modestes se partagent chacun un huitième de la
bande passante, soit 180 Ko/s. Ainsi, ce ne sont pas vraiment 127 périphériques que l'on peut
connecter simultanément, mais seulement 8, qui peuvent être réellement exploités ensemble. En ce
qui concerne la longueur du câble, elle est limitée à 5 mètres à pleine vitesse, mais pour un
périphérique à faible débit, elle passe à seulement 3 mètres, et ce afin de préserver la qualité du
signal.
Le fonctionnement de l'USB est clairement défini. Il existe un cycle de communication pendant
lequel chaque périphérique USB attend que le PC lui transmette ses ordres dans un protocole
parfaitement standardisé. Ainsi, durant une première phase, le PC interroge les périphériques pour
connaître la nature de chacun. Par la suite, au cours de son fonctionnement, la machine accède
individuellement à chaque périphérique et les intègre dans le schéma de gestion d'énergie, sans
même que l'utilisateur ait à intervenir. Comme il n’existait en général que deux prises USB sur un
PC et que certains appareils nécessitent une alimentation par le bus, des concentrateurs (hubs) auto-
alimentés permettent de multiplier le nombre de connections tout en fournissant l’énergie
nécessaire. Tous les types de produits existent maintenant en USB : moniteurs, claviers, souris,
manettes de jeu, caméras digitales, appareils photo numériques, enceintes, scanners, imprimantes,
modems voire graveurs de CD-Rom ou disques durs... Certains de ces périphériques peuvent ainsi
se passer d'un câble d'alimentation électrique spécifique..
Après une période de gestation assez longue, des périphériques équipés se sont développés de
plus en plus et la nouvelle version 2.0 a porté la bande passante à prés de 60 Mo/s. Cette
augmentation de la vitesse a été notamment possible grâce à la réduction du voltage des signaux
transmis dans les câbles, ceux-ci passant de 3,3V à 0,4V.
6.9 LE BUS IEEE 1394
Partie intégrante de la norme SCSI-3, le FireWire se détache des autres normes SCSI par l
´utilisation d´un bus série, facilitant ainsi le raccordement de périphériques externes. Appelé aussi
FireWire ou i-link il complète le bus USB pour les périphériques à gros débit comme les
ordinateurs, les produits manipulant de l´audio, des images et de la vidéo, les imprimantes et les
scanners, les disques durs, les caméscopes.
DMSI6.Les bus d’extension
Actuellement avec un taux de transfert de 50 Mo/s, il est prévu pour atteindre les 100 puis les
400 Mo/s. Ce bus série permet de chaîner jusqu'à 63 périphériques avec connexion et déconnexion
à chaud (Hot Plug) et la taille maximale des câbles est de 4,5 mètres. Il présente la même qualité et
d´étranges ressemblances avec les câbles utilisés pour relier plusieurs Gameboy de Nintendo. Ils
proposent deux types de transferts : le mode isochrone pour un taux de transfert soutenu très
intéressant pour le multimédia, et l'asynchrone qui peut être plus rapide mais moins fiable. Il ne
nécessite pas de HUBs FireWire, le branchement de plusieurs périphériques ne le nécessitant. Les
cartes FireWire pour micro-ordinateurs possèdent également des ports pour une utilisation interne.
DMSI7.Les cartes d’interface
7. LES CARTES D'INTERFACE
Appelées aussi cartes d'extension, elles servent à faire évoluer l'ordinateur en fonction des
besoins et se branchent dans les connecteurs d'extension prévus sur la carte mère. Elles peuvent être
de nombreux types :
7.1 CARTES GRAPHIQUES
Quelquefois intégrée sur la carte mère, elle gère l'affichage et elle comporte actuellement au
minimum 4 Mo de mémoire DRAM pour les cartes bas de gamme et jusqu'à 128 Mo pour les plus
performantes, pratiquement toutes étant maintenant connectées à un bus AGP. Les signaux vidéo
sont envoyés à l'écran par l'intermédiaire d'une prise 15 broches VGA, 9 broches pour les anciennes
cartes EGA, CGA ou HERCULES ou encore 20 broches DFP pour les moniteurs numériques. Elles
seront vues plus en détail dans le chapitre concernant les dispositifs d’affichage.
7.2 CARTES D'INTERFACE DE DISQUES DURS
Elle est appelée aussi carte contrôleur de disques bien que ceux-ci possèdent tous maintenant
leur propre contrôleur intégré. Il est d'ordinaire possible de lui raccorder quatre disques durs ou
lecteurs de CD-ROM et deux lecteurs de disquettes. Les cartes les plus performantes disposent
d'une mémoire cache avec son contrôleur; les transferts s'en trouvant accélérés, surtout sur un bus
local. Ces interfaces sont actuellement quasiment toutes intégrées sur les cartes mères
7.3 CARTES D'INTERFACE SCSI ( Small Computer System Interface)
On peut y connecter jusqu'à quinze périphériques différents, internes ou non, tels que disques
durs fixes ou amovibles, lecteurs de bandes magnétiques, lecteurs de CD-ROM, scanners ou autres.
Ceux-ci possèdent chacun une adresse configurable et sont reconnus automatiquement; reliés en
cascade, le dernier équipement doit être muni d'un terminateur. Ces interfaces sont plus ou moins
évoluées, certaines intégrant un BIOS, de la mémoire cache, sont à même de prendre le contrôle du
bus et d'accéder directement à la mémoire centrale. Le SCSI a évolué vers le SCSI 2, le WIDE
SCSI puis l’ULTRA WIDE SCSI, avec des taux de transfert passant de 5 Mo/s à 160 Mo/s pour
l’ULTRA WIDE SCSI 3. Le SCSI nécessite que l’on donne à chaque périphérique un numéro
d’identification, chaque appareil possédant un cavalier permettant de fixer cette adresse une bonne
fois pour toute. Seuls les disques durs peuvent cependant encore motiver son acquisition.
DMSI7.Les cartes d’interface
DMSI7.Les cartes d’interface
7.4 CARTES D'ENTRÉES / SORTIES
Elles comportent en général :
- Un ou deux connecteurs d'interface série de 9 ou 25 broches mâles équipés de lignes de
dialogue au standard RS232 et capable de commander différents appareils tels que souris,
imprimante, table traçante, modem ou tout autre matériel nécessitant une liaison série ou
éventuellement d'effectuer une communication avec un autre ordinateur.
- Un connecteur d'interface parallèle 25 broches femelles destiné habituellement à une
imprimante de type CENTRONICS. D'autres éléments sont aussi à même d'y être branchés,
tel un scanner, une unité de sauvegarde, des clés de protection de logiciel ou une liaison sur
courte distance avec un autre ordinateur.
- éventuellement un connecteur 15 broches mâles spécifique aux manettes de jeux (Joysticks).
Il existe aussi des cartes d'entrées / sorties particulières destinées à la commande d'appareils
de mesure grâce à un bus externe à la norme IEEE 488. Le micro-ordinateur est alors utilisé en
contrôleur d'instrumentation, par exemple dans des bancs de mesures automatisés.
7.5 CARTES RÉSEAUX
Elles permettent de connecter directement deux PC entre eux ou de se relier à un modem haut
débit. La principale caractéristique de la carte réseau, ou Ethernet, est son débit exprimé en
Mbit/sec. On trouve deux classes (les 10 base T et 100 base T) offrant respectivement des débits de
10 et 100 Mbit/sec soit 1,25 à 12,5 Mo/sec. Si un simple câble croisé suffit pour deux machines, un
Hub (ou routeur) s’impose lorsque l’on veut agrandir son réseau. Il est également possible
d’installer plusieurs cartes réseaux dans un même PC afin de le faire fonctionner comme un serveur
et de gérer les entrées/sorties du réseau local vers l’extérieur.
7.6 CARTES MODEM
Contrairement aux précédentes, elles ouvrent la voie aux réseaux étendus comme
INTERNET, et aux réseaux téléphoniques numériques (Numéris). Assistées d'un logiciel adapté,
elles sont en mesure de remplacer avantageusement un télécopieur ou un Minitel. Leur
fonctionnement repose sur la conversion de signaux numériques émis par l’ordinateur en signaux
analogiques pouvant être transmis sur des lignes téléphoniques. Le processus de conversion est
appelé "modulation". A l’autre bout de la ligne on procédera à une transformation inverse appelée
"démodulation". Il existe deux types de transfert possible : le mode synchrone et le mode
asynchrone, ce dernier étant le plus utilisé. Pour assurer un maximum de compatibilité entre les
différentes marques de modems, l’UIT (Union Internationale des Télécommunications) publie et
met à jour des normes qui définissent les vitesses de transfert des modems et indiquent comment les
DMSI7.Les cartes d’interface
données sont transmises à ces vitesses. L’une des toutes première fut la norme V.21 autorisant un
débit de 300 bits/sec. Les modems actuels sont à la norme V.90 et ont un taux de transfert de 56
Kbits/sec soit 7 Ko par seconde. Ce type de modem convient parfaitement pour la consultation d’e-
mail et de pages Web non chargée graphiquement. En cas d’usage intensif d’animations ou de
vidéos un modem câble/ADSL, avec un débit pouvant atteindre 50 Ko/sec, sera vite indispensable.
7.7 CARTES SON
Destinées à la reproduction sonore, elles sont équipées d'une ou deux sorties de haut-parleur,
amplifiées ou non, avec éventuellement un réglage de niveau. Le son est généré à l'aide d'un
convertisseur numérique-analogique interne piloté par logiciel ou directement à partir d'un lecteur
de CD-ROM, d'un micro ou d'une autre source sonore, ces entrées pouvant être mixées,
échantillonnées ou mémorisées. Certaines cartes sont équipées accessoirement d'une interface pour
manettes de jeux et d'un contrôleur de CD-ROM. Les cartes son ne sont plus limitées à la lecture
de simples fichiers audio, car elles sont désormais équipées de véritables processeurs audio DSP,
permettant de traiter divers signaux numériques et analogiques tout en prenant en charge des effets
3D de spatialisation du son.
7.8 CARTES D'EXTENSION MÉMOIRE
Comportant essentiellement de la mémoire paginée (EMS), elles servent, grâce à un
programme résidant spécifique, à augmenter la mémoire centrale du PC pour certains logiciels très
gourmands. Depuis l'apparition des barrettes mémoires, elles ne sont plus utilisées que dans certains
serveurs en mémoire étendue (XMS).
7.9 CARTES PCMCIA
Utilisées principalement dans les ordinateurs portables, elles sont au format d'une carte de
crédit équipée d'un connecteur miniature et sont appelées aussi PC-CARD. Elles peuvent détenir
de la RAM statique sauvegardée par pile, de la ROM contenant des programmes exécutables
directement ou de l'EEPROM, remplaçant ainsi disques durs ou disquettes avec des gains de
rapidité et de place non négligeables. Diverses autres fonctions existent dans ce format : disques
durs, modems, modules GPS (positionnement par satellites), cartes réseau, d'entrées/sorties,
multimédias, etc...
DMSI7.Les cartes d’interface
7.10 CARTES SPÉCIFIQUES
Développées pour des besoins particuliers, elles peuvent supporter différentes applications:
échantillonnage, génération de signaux, appareils de mesure, etc... Certaines cartes dites
propriétaires sont destinées à des périphériques dédiés (CD-ROM, scanner...).
DMSI8.La mémoire de masse
8. LA MÉMOIRE DE MASSE
Dans ce type de mémoire sont emmagasinés des fichiers contenant des données ou des
programmes qui sont chargés à la demande en mémoire centrale pour y être exécutés.
Contrairement à la mémoire vive qui perd ses informations lors de l'arrêt de la machine, la mémoire
de masse les conserve et permet d'en stocker une grande quantité. Bien que le principe dominant
soit celui de l'enregistrement magnétique, les supports optiques se développent de plus en plus du
fait de leur faible coût et de leur grande capacité.
8.1 LES DISQUETTES
8.1.1 Généralités
Les disquettes magnétiques étaient très utilisées quand les disques durs étaient peu répandus
et de faible capacité. Leur rôle a maintenant diminué et elles ne servent plus qu'à l'échange de
données et de programmes, voire à l'archivage.
A l'origine d'un diamètre de 8 pouces, elles ont fait leur apparition dans les PC avec un
diamètre de 5,25 pouces, en simple face avec une capacité de 160 Ko, puis en double face avec 320
Ko et enfin en 360 Ko grâce à l’ajout d'un secteur supplémentaire. Puis sont arrivés les PC / AT
capables de supporter les disquettes de 1,2 Mo, toujours en 5,25 pouces , mais en haute densité. Les
disquettes de 3,5 pouces sont apparues ensuite, avec une enveloppe rigide, plus fiable, et d'une
capacité de 720 Ko au départ, puis de 1,44 Mo et même de 2,88 Mo avec certains lecteurs.
Toutes ces disquettes sont organisées, sur leurs deux faces, par pistes concentriques sur
lesquelles sont inscrits magnétiquement des secteurs contenant un certain nombre d'octets. Leur
vitesse de rotation est de 300 t/mn et les transferts avec le contrôleur se font en mode série.
Ces différentes caractéristiques sont regroupées dans le tableau ci-après :
Capacitéformatée
Diamètre en pouces
Nombre depistes / face
Nombre de secteurs / piste
Nombre d'octets / secteur
Type de média
Nombre de pistes / pouce
360 Ko 5 ¼ 40 9 512 Double Densité 48
1,2 Mo 5 ¼ 80 15 512 Haute Densité 96
720 Ko 3 ½ 80 9 512 Double Densité 135
1,44 Mo 3 ½ 80 18 512 Haute Densité 135
2,88 Mo 3 ½ Très Haute Densité
DMSI8.La mémoire de masse
8.1.2 Description
Le support employé est un disque de mylar souple recouvert d'une couche d'oxyde
magnétique.
Dans le cas des disquettes 5,25’ il est perforé en son centre par un trou permettant le centrage
et l'entraînement, et enveloppé dans une pochette plastifiée souple. Celle-ci est elle-même munie de
plusieurs ouvertures : le trou central d'entraînement, le trou d'index auquel correspond une
ouverture dans le média permettant le repérage des secteurs, les fenêtres d'accès des têtes
magnétiques, l'encoche de protection contre l'écriture et deux autres encoches dites antipliures. Elle
comporte en outre une étiquette "constructeur" donnant diverses informations (nombre de faces et
densité).
Encoche de protectioncontre l'écriture
Trou d'entraînement
Trou d'index
Fenêtre d'accès destêtes magnétiques
Encoches antipliures
Etiquetted'identification
Disquette 5,25'
Les disquettes 3,5’ sont quant à elles enfermées dans une enveloppe en plastique rigide leur
assurant une meilleure protection. Elles sont équipées en leur centre d'une pastille métallique munie
d'un trou de centrage carré et d'un autre trou rectangulaire pour l'entraînement, l'enveloppe n'étant
percée que d'un seul côté. Les fenêtres d'accès des têtes sont fermées par un volet métallique
coulissant, équipé d'un ressort de rappel, qui s'ouvre lorsque la disquette est engagée dans le lecteur.
Du côté opposé au volet, un trou rectangulaire comportant un loquet en plastique assure la
protection contre l'écriture lorsqu'il est ouvert. Un autre trou indique la densité : double densité
(720 Ko) s'il est absent, haute densité (1,44 Mo) ou très haute densité (2,88 Mo) suivant sa position
s'il est présent. L'indication de la densité apparaît généralement sur le volet métallique et à son côté
pour la Haute Densité. Un coin taillé en biseau interdit l'introduction de la disquette à l'envers.
D'autres trous de positionnement existent de part et d'autre du volet coulissant.
DMSI8.La mémoire de masse
HD
Volet de protection
Etiquette
utilisateurRepérage Très Haute Densité
Repérage Haute Densité
Fenêtre de protection d'écriture Loquet de protection d'écriture
Trou de centrage
Trou d'entraînement
Biseau de détrompageIndication Haute Densité Trous de positionnement
Disquette 3,5'
8.1.3 Les lecteurs
Les lecteurs 5,25' disposent d'une ouverture frontale permettant le passage de la disquette, le
verrouillage se faisant par l'intermédiaire d'un loquet susceptible de commander l'éjection à
l'ouverture. Un voyant s'allume sur la face avant lorsque le contrôleur accède au lecteur.
A l'intérieur, une pièce de centrage conique presse le disque sur l'axe du moteur de rotation
quand le loquet est en position verrouillée, les têtes magnétiques sont alors en contact avec le
média. Le chariot mobile supportant celles-ci peut être entraîné de différentes manières par un
moteur pas à pas, soit à l'aide d'un ruban métallique, un axe hélicoïdal, une règle crantée ou encore
un disque gravé en spirale. Ce moteur, commandé par impulsions, fait déplacer les têtes par crans,
chaque cran correspondant à l'écart entre deux pistes. Divers capteurs optoélectroniques sont
chargés de vérifier la protection contre l'écriture, la position de l'index sur le disque et de détecter le
positionnement des têtes sur la piste 0 (extérieure).
La gestion de ces éléments, les commandes des moteurs ainsi que l'amplification et la mise en
forme des signaux sont assurés par des circuits implantés sur une ou deux cartes, un connecteur plat
à 34 contacts effectuant la liaison avec le contrôleur de disquettes. Un autre connecteur à 4 contacts
fournit les tensions +5V, +12V et masse nécessaires au fonctionnement de l'ensemble et provenant
de l'alimentation. Enfin, des cavaliers permettent de configurer le lecteur de façon à l'adapter au
contrôleur utilisé et à sa position logique (A ou B).
Si les lecteurs 3,5' présentent quelques différences avec les 5,25', surtout au niveau
mécanique, leur philosophie reste la même et les fonctions sont pratiquement identiques. Sur la
façade, le voyant existe toujours et un volet obture maintenant la fente d'introduction en l'absence
de disquette, évitant l'entrée des poussières.
Lorsqu'une disquette est insérée à l'endroit dans le lecteur, un levier fait coulisser le volet de
protection de la fenêtre d'accès des têtes de lecture, armant en même temps le ressort d'éjection.
DMSI8.La mémoire de masse
Quand la disquette est complètement engagée, la cage guide descend en se verrouillant, l'axe du
moteur de rotation pénétrant alors dans le trou de centrage de la disquette. Le bouton d'éjection est
simultanément renvoyé en avant et les têtes se mettent en contact avec le disque. Lors de la
première rotation du moteur, le téton d'entraînement s'enclenche automatiquement dans son
logement sur la disquette.
L'enfoncement du bouton d'éjection provoque la remontée de la cage guide et de la tête
supérieure. En bout de course, le levier commandant le volet de protection est libéré, il pivote sous
l'effet de son ressort et éjecte la disquette; le bouton reste alors en position enfoncée.
L'entraînement du chariot support de têtes et toujours confié à un moteur pas à pas par
l'intermédiaire généralement d'un axe hélicoïdal. La détection de la protection en écriture et de la
densité de la disquette est réalisée par des palpeurs commandant des micro-interrupteurs, celle de la
piste 0 étant toujours optoélectronique. Un capteur magnétique solidaire de l'axe du moteur de
rotation remplace le capteur d'index, le disque restant tout le temps positionné de la même façon du
fait du téton d'entraînement.
La liaison avec le contrôleur de disquettes est réalisée par un connecteur de 34 picots,
différent de celui des 5,25' mais pouvant être placé sur la même nappe, tandis que les mêmes
tensions d'alimentation arrivent sur un autre connecteur 4 broches, miniature celui-là. Des cavaliers
ou des micro-interrupteurs assurent là aussi la configuration du lecteur.
8.1.4 Remplacement ou rajout d'un lecteur
Les contrôleurs modernes ne peuvent gérer que deux lecteurs (A ou B) alors que les nappes
sont prévues pour quatre, survivance d'un passé ou les disques durs étaient rares ou de petite
capacité. Les lecteurs possèdent d'ailleurs quelquefois quatre positions de configuration mais seules
les deux premières seront couramment utilisées. Les nappes prévues pour deux lecteurs comportent
fréquemment les deux types de connecteurs et une partie correspondant aux adresses en est vrillée,
permettant ainsi les configurations suivantes :
Position sur la nappe Avant la vrille Après la vrille
Cavalier en 0 A B
Cavalier en 1 B A
Les positions recommandées et par défaut sont celles en gras.
Il existe des adaptateurs 34 points ainsi que des adaptateurs d'alimentation et des berceaux
pour installer des lecteurs 3,5' à la place des lecteurs 5,25'.
DMSI8.La mémoire de masse
Marche à suivre lors de l'installation d'un nouveau lecteur :
- arrêt et ouverture de l'ordinateur.
- montage mécanique du nouveau lecteur.
- branchements électriques. Attention au sens de la nappe : le liseré de couleur correspond au
1 et il peut exister un détrompeur sur le connecteur. On trouve une encoche entre le deuxième
et le troisième contact sur les lecteurs 5,25' et souvent il manque la broche 3 sur les lecteurs
3,5'.
- mise en route.
- modification de la configuration dans le SETUP puis lancement du système pour permettre
la prise en compte, suivant la configuration les lecteurs sont alors successivement adressés : le
A puis le B.
- arrêt puis fermeture de l'ordinateur.
Remarques :
- Si le voyant du lecteur reste allumé en permanence, cela signifie que la nappe
est inversée : arrêter immédiatement l'ordinateur avant de la remettre dans le bon sens.
- Il arrive que certains constructeurs utilisent des lecteurs particuliers non
compatibles avec les lecteurs standards (Zenith, IBM, Olivetti, etc..).
- On ne peut lancer un système sur disquette qu'à partir du lecteur A.
- La façon d'accéder au SETUP est variable suivant le constructeur, la plus
courante est l'appui sur la touche "Suppr" ou "Del" juste après le test mémoire. Il faut appuyer
sur la barre d’espace chez OLIVETTI, sur F10 tout de suite après le bip sonore chez
COMPAQ, alors que pour d'autres fabricants une combinaison de touches est nécessaire :
Ctrl-Alt-Echap, Ctrl-Alt-S ou encore Ctrl-S (liste non limitative).
8.2 LES DISQUES DURS
8.2.1 Description
Contrairement aux disquettes, appelées aussi Floppy Disk (disque souple), les disques ici sont
rigides, généralement en duralumin recouvert d'oxyde magnétique, empilés les uns au-dessus des
autres, les têtes sont beaucoup plus petites et légères et le tout enfermé dans une enceinte étanche
aux poussières. Leur diamètre peut varier de 2 pouces à 5,25 pouces et leur capacité dépasse
maintenant la dizaine de Giga Octet (1 Go = 109 octets) par plateau.
A chaque face de disque correspond une tête fixée sur un bras, tous solidaires, ceux situés
entre deux plateaux supportant en fait deux têtes. Ces bras étaient déplacés auparavant, comme sur
les lecteurs de disquettes, par un moteur pas à pas muni d'un détecteur de piste 0. Le nombre de
cylindres (ensemble des pistes de même numéro) ayant considérablement augmenté alors que dans
le même temps le diamètre des plateaux diminuait, ils sont maintenant fixés sur un axe que fait
DMSI8.La mémoire de masse
pivoter un moteur linéaire ou Voice Coil. Ce système permet d'obtenir la précision nécessaire tout
en augmentant la vitesse de déplacement des têtes. Un électroaimant ou un aimant permanent peut
éventuellement verrouiller cet axe lorsque le moteur de déplacement n'est plus alimenté. D'autre
part, l'alimentation des disques durs est réalisée par un connecteur identique à celui des lecteurs
5,25'.
La vitesse de rotation des plateaux, beaucoup plus élevée que celle d'une disquette ( de 3000
à 10000 t/mn), produit un déplacement d'air et les têtes, de très faible masse et au profil
spécialement étudié, flottent littéralement sur un coussin d'air de 0,5 microns d'épaisseur, ce qui
pose deux problèmes :
- aucune particule ne doit être en mesure de se glisser entre la tête et le disque sous peine de
détérioration, ce qui explique l'enceinte étanche et la présence d'un piège à poussières.
- lors de la mise en route et de l'arrêt des disques, la tête frotte sur la surface du plateau,
risquant de provoquer la perte de données. Pour éviter cela, au décollage et à l'atterrissage, les
têtes sont positionnées sur la zone d'atterrissage ou Landing Zone qui est en général la piste
la plus intérieure (numéro égal au nombre de cylindres -1). Ce parcage des têtes se fait
maintenant automatiquement, alors qu'avec les anciens disques il fallait lancer un programme
spécial avant d'éteindre l'ordinateur, et surtout de le déplacer.
8.2.2 Encodage des informations
Comme sur les disquettes, les données sont inscrites sur le disque sous forme de particules
magnétiques orientées dans un sens ou un autre. De façon à pouvoir en retirer également les
informations nécessaires à la synchronisation, deux principales méthodes d'encodage ont été
développées :
- La MFM (Modified Frequency Modulation) qui a succédée à la FM (Frequency
Modulation) a permis d'obtenir une double densité des données, avec un nombre de secteurs
par piste limité à 17.
- La RLL 2,7 ou Run Length Limited, grâce à une électronique et un algorithme plus
complexes diminuant le nombre de changements de flux magnétique (de 2 à 7 espaces entre 2
changements), autorise encore un gain de 50%. Une quadruple densité des données est
obtenue avec le RLL 3,9 (nombres d'espaces entre 3 et 9) ou Advanced RLL. Pratiquement
tous les disques récents sont maintenant encodés en RLL et le nombre de secteurs par piste
dépasse couramment la trentaine.
La réduction du courant d'écriture permet d'éviter le chevauchement des informations
écrites sur les pistes centrales, là où la densité linéaire des informations y est la plus importante.
Une interaction se produit lors de l'écriture entre des zones magnétiques très proches les unes des
autres, provoquant leur déplacement et pouvant produire des erreurs de lecture ultérieures. Pour
éviter cela, la précompensation d'écriture décale, à partir d'une piste donnée, les informations de
façon à compenser ce phénomène.
DMSI8.La mémoire de masse
8.2.3 Types d'interfaces
Différents types d'interface entre l'unité centrale et le disque dur ont été mis au point :
- Le ST 506 / 412 requiert un contrôleur spécifique chargé, entre autres, de l'encodage et du
décodage des informations analogiques à destination ou en provenance du disque. Ce circuit
est capable de gérer deux disques durs et il est placé sur une carte d'interface reliée aux
disques par des nappes munies de connecteurs encartables, l'une de 34 fils, commune aux
deux disques, les autres de 20, une par disque. Les informations sont encodées en MFM ou
en RLL et, suivant le cas et le type de disque, la capacité varie de 10 à 80 Mo, le temps
d'accès de 80 à 20 ms et le taux de transfert atteint 170 Ko/s.
- L'ESDI (Enhanced Small Device Interface) est un perfectionnement du ST 506. Il comporte
un contrôleur plus évolué et plus souple qui ne gère plus que des informations numériques, la
conversion étant assurée par la carte du disque dur, avec un gain certain de vitesse et de
fiabilité. Là aussi deux disques ont la possibilité d'être reliés par une connectique identique à
celle du ST 506, mais avec des signaux différents. Les caractéristiques sont les suivantes :
capacité de 60 à 660 Mo, temps d'accès inférieur ou égal 13 ms et taux de transfert de 1 Mo/s.
Ce type d'interface, ainsi que le précédent, ne sont plus utilisés.
- L'IDE (Integrated Device Electronics) est appelé aussi AT bus. Le contrôleur est placé
directement sur la carte du disque dur qui est reliée à la carte d'interface par une nappe unique
munie de connecteurs à 40 broches, un par disque, le mode d'encodage étant généralement du
RLL. Les transferts se font maintenant en mode parallèle sur 8 ou 16 bits et de la mémoire
cache peut être intégrée sur la carte d'interface pour améliorer les performances.
D'autres versions plus performantes sont apparues en juillet 94: le Fast IDE ou l'EIDE
(Enhanced IDE) / Fast ATA-2 (Advanced Technology Attachement) permettant de supporter
des capacités beaucoup plus importantes que les 528 Mo précédents, avec quatre unités : deux
disques et deux périphériques plus lents (CD-ROM ou streamer). Le temps d'accès est égal ou
inférieur à 15 ms et le taux de transfert variable en fonction du mode supporté et du protocole
utilisé: Burst PIO (en rafale Programmed Input/Output), Burst DMA ou Burst Multiword
DMA.
DMSI8.La mémoire de masse
Taux de transfert (en Mo/s) Mode 0 Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4
Burst PIO 3,33 5,22 8,33 11,1 16,67
Burst DMA 2,08 4,17 8,33 - -
Burst Multiword DMA 4,17 13,3 16,67 - -
Le mode Ultra DMA/33, depuis début 97, double théoriquement le débit du PIO4 grâce à
l'utilisation des deux fronts d'horloge, à condition bien sur que le disque supporte ce mode.
L'Ultra DMA/66 ou Ultra ATA/66 porte le débit théorique maximum en rafale à 66 Mo/s. Il
renforce l'intégrité des données en faisant appel au Contrôle de Redondance Cyclique
(CRC) et au blindage de la nappe qui passe alors à 80 fils. Les 100 Mo/s sont actuellement
atteints grâce à l’Ultra DMA/100 ou ATA/100 récemment arrivé et maintenant supporté par
les derniers chipsets.
- Le SCSI, déjà abordé auparavant, ne supportait au départ que des disques durs d'une
capacité limitée à 4,3 Go avec un temps d'accès inférieur ou égal à 10 ms. Les transferts se
faisaient avec un taux de 2 Mo/s en asynchrone, par mots de 8 bits en parallèle. D'autres
évolutions de la norme SCSI sont progressivement apparues sur le marché :
- le SCSI-2 où les communications deviennent synchrones, en augmentant ainsi le débit,
puis le Fast SCSI-2 avec un doublement de la fréquence de transmission ou le Wide SCSI-2
en doublant le bus de données, ces deux solutions pouvant être regroupées dans le Fast Wide
SCSI-2.
- le SCSI-3, qui intègre entre autres la configuration automatique, regroupe l'Ultra SCSI
dans laquelle la vitesse des transferts est doublée par rapport au Fast SCSI-2 et l'Ultra Wide
SCSI qui en fait de même avec le Fast Wide SCSI-2. L'Ultra2 SCSI double à son tour le
débit des Ultra SCSI et atteint 80 Mo/s pour le mode wide avec une longueur maximale de
câbles de 12m, grâce à la technologie LVD (Low Voltage Differencial).
- l'Ultra160/m SCSI est basé sur la technologie Ultra3 SCSI qui intègre la double
synchronisation de transition, le contrôle de redondance cyclique, la validation des domaines
et le test du débit maximal possible sur le réseau de stockage qui pourra monter à 160 Mo/s.
- d'autres interfaces SCSI, séries celles là, sont actuellement développées, toujours à partir
du protocole SCSI-3, pour atteindre des débits très supérieurs ou des distances plus
importantes. Ce sont les SSA (Serial Storage Architecture) et FC-AL (Fibre Channel
Arbitrated Loop) qui sont surtout destinées aux serveurs ou l'IEEE 1394 appelée encore
FireWire, plus réservée aux applications multimédias.
DMSI8.La mémoire de masse
Les caractéristiques des SCSI parallèles sont regroupées dans le tableau suivant :
Norme Débit
max en
Mo/s
Nbre de bits
de données
Nombre de
périphériques
Type de connecteur
externe
Longueur de
câble max
SCSI-1 2 8 7 Centronics 50 br. 6 m
SCSI-2 5 8 7 µSubD 50br. 3 m
Fast SCSI-2 10 8 7 µSubD 50br. 3 m
Wide SCSI-2 10 16 15 µSubD 68br. 3 m
Fast Wide SCSI-2 20 16 15 µSubD 68br. 3 m
Ultra SCSI 20 8 7 µSubD 50br. 3 m
Ultra Wide SCSI 40 16 15 µSubD 68br. 3 m
Ultra2 SCSI 40 8 7 µSubD 50br. 12 m
Ultra2 Wide SCSI 80 16 15 µSubD 68br. 12 m
Ultra160/m SCSI 160 16 15 µSubD 68br.
8.2.4 Organisation des données
Sur les disques durs, les données sont inscrites en secteurs de 512 octets. Si les BIOS
antérieurs à juillet 94 limitaient le nombre de ces secteurs à 63 par piste, le nombre de têtes à 16 et
le nombre de cylindres à 1024, les BIOS récents supportent que rarement les disques EIDE
dépassant les 4095 cylindres. Or, les disques durs actuels ont tendance à avoir un nombre de
cylindres supérieur à cette limite avec un faible nombre de plateaux, donc de têtes. Pour tourner la
difficulté, les contrôleurs modernes effectuent une translation de secteurs en diminuant
fictivement le nombre de cylindres tout en augmentant le nombre de têtes. Le système voit ainsi
une géométrie logique acceptable par le BIOS différente de la géométrie physique réelle.
Avant d'être opérationnel, un disque dur, comme une disquette, doit être formaté. Sur un
disque dur, cette opération comporte trois phases :
- Le formatage bas niveau ou formatage physique consiste à y inscrire magnétiquement les
pistes et les secteurs ainsi que d'autres informations nécessaires à la gestion du disque, telles
que les adresses et les numéros des secteurs. Pendant cette opération effectuée en usine, ou
autrefois à l'aide d'un logiciel spécial quelquefois inclus dans le BIOS, les secteurs
défectueux sont marqués et mis de côté de façon à ne pas être utilisés ultérieurement. Le
facteur d'entrelacement, c'est à dire le décalage entre deux secteurs à même d'être lus ou
écrits consécutivement, est également défini à ce niveau. Généralement fixé à 3:1 pour les
disques IDE de première génération, il est maintenant passé à 1:1 grâce à l’évolution des
technologies.
DMSI8.La mémoire de masse
- Le partitionnement est une opération logique exécutée grâce au système d'exploitation
(FDISK sous DOS). Elle permet de diviser le disque en cylindres concentriques ou partitions
susceptibles de recevoir divers systèmes d'exploitation, chaque partition étant alors équivalent
à un ou plusieurs disques différents appelés lecteurs logiques. Les informations concernant
ces partitions sont inscrites sur le premier secteur physique du disque dans la table des
partitions.
- Le formatage de haut niveau ou formatage logique organise les secteurs en unités
d'allocation, ou groupes, ou encore clusters qui seuls seront gérés par le système
d'exploitation. Il doit être effectué, par exemple par la commande FORMAT du DOS, pour
chaque partition, la première opération consistant à inscrire le secteur d'amorçage ou secteur
de boot sur le premier secteur logique de la partition.
Le répertoire principal ou racine du disque est alors créé, il contient diverses informations
telles que : liste des fichiers et des sous-répertoires, numéro du premier groupe utilisé par
chaque fichier, date et heure de leur création, attributs, taille, etc..
Une zone mémoire est ensuite réservée pour la FAT (Files Allocation Table) et sa copie,
table dans laquelle sont indiqués les groupes occupés, défectueux ou encore libres, ainsi que
leur chaînage. A l’origine, cette FAT était codée sur 12 bits avec des partitions limitées à 32
Mo, puis sur 16 bits, les partitions en FAT 16 ne pouvant pas dépasser 2 Go. Cette limite est
maintenant franchie grâce à la FAT 32 disponible depuis la sortie de Windows 95 OSR2. La
taille des clusters de ces différentes FAT est définie suivant le tableau ci-après.
Type de FAT Taille de partition Taille cluster Nbre secteurs/cluster
12 < 32 Mo 4 Ko 8
16 < 32 Mo 512 o 1
16 32 à 64 Mo 1Ko 2
16 64 à 128 Mo 2 Ko 4
16 128 à 256 Mo 4 Ko 8
16 256 à 512 Mo 8 Ko 16
16 512 à 1024 Mo 16 Ko 32
16 1 à 2 Go 32 Ko 64
32 < 8,4 Go 4 Ko 8
32 8,4 à 16 Go 8 Ko 16
32 16 à 32 Go 16 Ko 32
32 > 32 Go 32 Ko 64
DMSI8.La mémoire de masse
8.2.5 Remplacement ou rajout d'un disque dur
Il convient de déterminer dans un premier temps le type d'interface utilisée par le ou les
disques durs existants en examinant leur connectique : si l'on voit deux nappes, l'une de 34 fils
commune, l'autre de 20 fils distincte pour chaque disque, il s'agit du ST506 ou de l'ESDI. La
différence sera éventuellement faite au niveau du setup car un disque ESDI y est obligatoirement
déclaré en type 1. D'autre part une nappe de 40 fils implique toujours une interface IDE, 50 ou 68
fils correspondront respectivement au SCSI ou au Wide SCSI-2 ou 3. Les deux premiers types étant
maintenant abandonnés, ne seront abordés ici que les opérations sur les disques IDE ou SCSI.
8.2.5.1 Disques IDE
Grâce à de nouvelles spécifications du BIOS adoptées en 1994, les disques durs IDE
peuvent dépasser à présent la limite des 528 Mo. Depuis, le mode LBA (Logic Block Adressing)
permet un accès direct au bloc logique demandé, la translation en paramètres physiques se faisant
au niveau du disque, tandis que le système CHS étendu (Extended Cylinder Head Sector) fournit
une commande classique spécifiant le cylindre, la tête et le secteur cible. Avec des BIOS antérieurs
à ces évolutions, il est toutefois possible d'installer un disque dur plus important soit en achetant
une carte d'extension EIDE supportant ces modes, soit en utilisant un driver spécial (Disk Manager
de chez Ontrack ou EZ-Drive de chez Microhouse) généralement fourni avec le disque, quelquefois
même préinstallé.
Lorsqu’il n’y a qu'un seul disque d’installé, celui-ci doit être configuré en "maître seul". Dans
le cas où il existerait deux disques, celui qui détient le système (normalement le plus rapide) sera
positionné en "maître avec esclave", le deuxième en "esclave". La disposition des cavaliers de
configuration étant différente suivant le constructeur et le type de disque, il faut se reporter à la
documentation existante (livret ou inscriptions sur le disque) ou procéder par tâtonnement.
A titre indicatif, la marque Quantum dispose des cavaliers DS (Drive Select) et SP (Slave
Present), correspondant respectivement à C/D et DSP (Drive Slave Present) chez Conner. Le
fabricant Western Digital utilise sur ces disques de type Caviar deux positions MA (Master) et SL
(Slave), alors que Seagate ne donne pas de nom et numérote les cavaliers.
DMSI8.La mémoire de masse
Les configurations habituelles rencontrées chez les différents constructeurs sont les
suivantes :
Marque Cavaliers Un disque Deux disques
Disque C Disque C Disque D
Conner C/D ON ON OFF
DSP OFF ON OFF
Quantum DS ON ON OFF
SP OFF ON OFF
Maxtor
Seagate 1 OFF OFF ON
2 OFF ON OFF
Western Digital MA OFF ON OFF
(Caviar) SL OFF OFF ON
Après avoir configuré le disque correctement, il convient de le brancher dans le bon sens
avec le liseré de la nappe au 1. Dans le cas probable ou il n'existe pas de détrompeur sur le
connecteur, on peut se repérer au marquage sur le disque ou à l'absence de la broche 20 :
1
20
40
Encoche de détrompage
Cette opération s'effectue bien sûr l'ordinateur à l'arrêt, ainsi que le raccordement de
l'alimentation sur une prise 4 broches vacantes. Après cette installation mécanique, il faut rallumer
l'ordinateur pour modifier le Setup et lui signaler les caractéristiques du nouveau disque. Les BIOS
récents disposent d'une recherche automatique, il suffit alors de la lancer et d'en valider
éventuellement le résultat. Dans le cas contraire, il est nécessaire de rentrer soi-même dans le type
utilisateur (USER), en général le 47, les informations suivantes :
- le nombre de cylindres (Cylinders Number).
- le nombre de têtes (Heads Number).
- le cylindre de début de précompensation (Precomp Cylinder, inutile en IDE, mettre 0 ou
65535, ce qui correspond à -1 en binaire signé).
- la zone d'atterrissage (Landing Zone) qui est, elle aussi inutile en IDE, elle correspond
d'ordinaire à la piste la plus intérieure, donc celle dont le numéro est égal au nombre de
cylindres moins un.
- le nombre de secteurs par piste (Sectors per Track).
DMSI8.La mémoire de masse
- la capacité du disque en Mo (calculée automatiquement).
Avec des BIOS très anciens ne possédant pas le type utilisateur, il faut rechercher dans la liste
un type possédant des caractéristiques proches du nouveau disque (si possible même nombre de
têtes et de secteurs par piste, avec un nombre de cylindres inférieur). Une autre solution consiste à
modifier la table des disques durs dans l'EPROM du BIOS, ce qui réclame certaines connaissances
et du matériel.
Après redémarrage de la machine, le nouveau disque est maintenant reconnu et il faut le
partitionner, puis le formater logiquement, le disque étant toujours livré formaté en bas niveau. Il
ne reste plus ensuite qu'à installer le système d'exploitation si on le désire. Pour des disques dont la
capacité est supérieure à 528 Mo (Fast IDE ou EIDE) et avec un BIOS ne supportant que l'IDE, il
est impératif d'utiliser un des drivers précédemment cités avant toute opération de partitionnement
ou de formatage, ceux-ci étant alors effectués automatiquement par ledit driver suivant un format
spécial.
8.2.5.2 Disques SCSI
Le montage et l'installation des disques SCSI se font comme n'importe quel autre
périphérique géré par une carte d'interface SCSI. Ils sont toujours connectés en cascade : le premier
relié à la carte et le suivant sur le précédent, le dernier comportant des résistances de terminaison,
appelées aussi terminateur, enfichées alors dans le connecteur de sortie. Sur certains périphériques
elles sont intégrées à demeure et des micro-interrupteurs permettent de les valider ou non. Par
ailleurs, chaque entité possède une adresse distincte comprise entre 0 et 7 (normal) ou 0 et 15
(wide) et définie par des cavaliers que l'utilisateur doit configurer en fonction des numéros libres.
Le disque SCSI ne doit pas être déclaré dans le Setup car c'est le BIOS de la carte mère qui
interroge lors du démarrage le BIOS de la carte d'interface SCSI. Celle-ci détecte alors
automatiquement tous les périphériques qui lui sont connecté et en renvoie l'agencement.
DMSI8.La mémoire de masse
8.3 LES DISQUES OPTIQUES COMPACTS OU CD-ROM
8.3.1 Généralités
Avec l'arrivée des systèmes multimédias, le développement de ce support s'accroît sans cesse.
En effet, il présente l'avantage de disposer d'une forte capacité (de l'ordre de 650 Mo) sous un faible
volume et pour un prix dérisoire.
8.3.2 Principe
Il consiste à analyser les variations d'intensité d'un rayon laser qui balaye les informations
inscrites en creux sur un plateau d'aluminium réfléchissant recouvert de plastique transparent :
- Lorsque le rayon laser arrive dans un trou, il est en partie diffusé dans le support, en partie
dévié et réfléchi, si bien que seule une très faible fraction revient vers le photorécepteur.
- Quand le rayon atteint le plateau, il est en grande part renvoyé vers le photorécepteur à
l'aide d'un prisme, détecté et remis en forme par des circuits additionnels.
Lentille de focalisation
Prisme
Couche d’aluminium réfléchissante
Emetteur laser
Photorécepteur
Rayon diffusé dans le support
Rayon réfléchi
PlateauTrou
DMSI8.La mémoire de masse
Organisation des données
Sur un disque optique, contrairement aux disques durs et disquettes, les données sont inscrites
en spirale sur une piste unique. D'autre part les secteurs de même taille sont positionnés à la suite
les uns des autres, ce qui implique une vitesse de rotation variable en fonction de la position radiale
de la tête laser, c'est le mode CLV (Constant Linear Velocity). La lecture peut donc se faire en
continu, ce qui est indispensable dans le cas des disques audios, mais par contre le temps de
recherche d'un secteur est plus important et variable suivant sa position sur le disque. Les lecteurs à
partir des 16X IDE exploitent parallèlement le mode CAV (Constant Angular Velocity) avec le
CLV.
8.3.3 Les lecteurs
De la dimension d'un lecteur 5,25", le lecteur de disque compact possède sur sa face avant un
tiroir motorisé commandé par un bouton et permettant l'extraction ou l'introduction du disque, avec
ou sans boîtier de protection (caddie). Un voyant indique les accès au disque et une prise de casque,
accompagnée de sa molette de réglage de volume, permet l'écoute des disques audios à l'aide d'un
logiciel spécial. Une ouverture de secours autorise l'éjection en cas blocage du système. A l'arrière,
on retrouve la prise d'alimentation identique à celle des disques durs, le connecteur de l'interface,
une ou deux prises audio et des cavaliers de configuration. A l'intérieur, comme dans les lecteurs de
disquettes, un moteur de rotation entraîne le disque et un autre la tête de lecture laser. Un troisième
moteur est chargé des déplacements du tiroir d'accès. Il existe différents modèles de lecteurs,
suivant le type d'interface et la vitesse de rotation du disque: simple, double, triple, quadruple,
sextuple ou plus. Les interfaces utilisées sont au nombre de trois : SCSI, propriétaire avec une carte
spécifique ou IDE avec le lecteur branché comme un disque dur.
8.3.4 Les graveurs
En fonction de leur technologie, ils permettent d'écrire sur des disques vierges spéciaux, soit
façon définitive pour les CD-R, soit de façon temporaire avec des CD-RW.
Les CD-R sont constitués d'une couche réflectrice recouverte d'une couche de gravure, elle-
même creusée d'un sillon en spirale de 0,6 µm de large destinée à caler le faisceau laser; le tout est
pris en sandwich entre deux couches protectrices en polycarbonate transparente aux infrarouges.
Lors de la gravure un rayon laser infrarouge, focalisé auparavant par une lentille, traverse sans
l'endommager la couche de protection et perce la couche de gravure en faisant apparaître la couche
réflectrice. Une partie de ce rayon est alors réfléchi à travers un cube séparateur vers la photodiode
de lecture, autorisant de la sorte le contrôle permanent de l'exactitude des données inscrites ainsi
que le positionnement du laser, la moindre erreur rendant le disque inutilisable.
Dans le cas des CD-RW, le laser est modulé en fonction des données à inscrire et chauffe
différemment la couche de réflexion en y provoquant en surface des modifications de l'état
cristallin, donc de ses propriétés réflectives. A la lecture, ces changements sont détectés de la même
DMSI8.La mémoire de masse
façon que des trous dans une couche de gravure. Pour effacer les données avant réécriture, il suffit
de réchauffer uniformément la zone concernée avec le laser.
Deux méthodes sont utilisées pour la gravure :
- Le procédé virtuel dans lequel une table de liens est éditée et les différents fichiers ensuite
envoyés vers le graveur, ceci avec un risque d'erreurs élevé en cas de micro-coupure pendant
le transfert.
- Le procédé réel où une réplique du disque est créée sur un disque dur annexe, puis transmise
au graveur. Cette méthode est plus fiable mais demande un disque dur de la capacité du CD
en supplément.
Ces graveurs gagnent de plus en plus en fiabilité et leur prix baisse en même temps que
progressent leurs performances. En effet, des modèles SCSI fonctionnant à des vitesses de 8X avec
des disques certifiés permettent une gravure en moins de 10 mn. Par contre ces CD n'offrent pas
une stabilité à toute épreuve dans le temps et un autre type, utilisant un support en verre trempé et
une couche réflectrice en or, a été développé pour l'archivage de longue durée.
8.3.5 Installation d'un lecteur ou d'un graveur de disques compacts
Trois cas peuvent se présenter :
- si le lecteur possède une carte propriétaire, les canaux IRQ et DMA ainsi que l'adresse
doivent alors y être configurés correctement en fonction des emplacements libres. Une fois la
carte et le lecteur mis en place et les différentes connections effectuées, il ne reste plus qu'à
charger les drivers fournis en respectant la procédure indiquée dans le manuel. Certaines
cartes son ont également la possibilité de commander des lecteurs de CD-ROM et l'on peut
ainsi se passer de carte propriétaire.
- s' il s’agit d'un lecteur IDE ATAPI, le cas le plus courant actuellement, il suffit alors de le
connecter sur la nappe du disque dur ou de préférence sur le contrôleur secondaire.
L'installation logicielle est effectuée d'une façon similaire au premier cas. L'avantage est
qu'on utilise les mêmes accès (IRQ, DMA et adresse) que pour les disques durs, ce qui permet
d’en libérer pour d'autres applications. La sortie audio analogique peut également être reliée à
une éventuelle carte sons pour pouvoir écouter des CD-ROM audios.
- les lecteurs SCSI s'installent de la même façon que les autres périphériques SCSI, des
drivers étant là aussi fournis.
DMSI8.La mémoire de masse
8.3.6 Les DVD (Digital Versatile Disk)
Grâce à l’utilisation de lasers plus fins et plus performants, il est devenu possible de stocker
jusqu’à 4,7 Go sur une couche d’un de ces disques, néanmoins de même dimension que les CD-
ROM. En ajustant précisément la focalisation du faisceau, il est possible d’exploiter une deuxième
couche de données par semi-transparence, ce qui double presque la capacité. Sachant qu’il est
permis d’inscrire des informations sur ses deux faces, la capacité maximum d’un DVD atteint 17
Go.
Avec cette capacité de stockage, toutes sortes de données peuvent être emmagasinées,
qu’elles soient informatiques, audios ou vidéos. Ces deux derniers types peuvent nécessiter
toutefois une carte additionnelle chargée de la décompression Mpeg-2 pour la vidéo et AC3 pour
l’audio, dans le cas ou le processeur n’est pas assez puissant pour s’en charger.
Les lecteurs de DVD récents sont capables de lire tous types de DVD et de CD; ils s’installent
comme un lecteur de CD courant.
8.4 AUTRES TYPES DE MEMOIRE DE MASSE
8.4.1 Les disques durs amovibles
Le lecteur ressemble à un gros lecteur de disquettes disposant d'une fenêtre d'accès, d'un
bouton d'éjection et d’un voyant de fonctionnement. Il peut être soit interne avec une interface IDE
ou SCSI, soit externe, auquel cas il possède sa propre alimentation et est relié au port parallèle, à
une carte SCSI, ou au port USB.
Il utilise la même technique d'écriture et de lecture que les disques fixes, mais le plateau
unique est enfermé dans un boîtier en plastique rigide muni d'un volet de protection s'effaçant lors
de l'introduction du disque dans le lecteur et permettant le passage des têtes magnétiques. Il dispose
en plus d'une protection contre l'écriture.
La capacité de ces disques varie entre 40 Mo et quelques Go et ils existent en 5,25" ou 3,5".
Ils sont principalement utilisés pour l'archivage et les échanges de fichiers.
8.4.2 Les disques magnéto-optiques
Le disque est également dans un boîtier en plastique rigide qui s'apparente à une grosse
disquette 3,5", mais au format 5,25". Le principe d'écriture et de lecture en est par contre différent:
un faisceau laser chauffe la surface du disque en métal cristallin et la tête magnétique oriente les
cristaux en fonction de son champ uniquement à l'endroit précis touché par le laser. A la lecture, un
rayon laser de plus faible intensité est réfléchi différemment suivant l'orientation des cristaux vers
un photorécepteur qui en détecte les variations. Cette technique permet une densité d'information
pouvant atteindre 650 Mo.
DMSI8.La mémoire de masse
8.4.3 Les bandes magnétiques
Dérivées des matériels audios ou vidéos, ou développées spécialement, c'est le moyen le plus
économique pour effectuer des sauvegardes. On les trouve au format 4 mm ou DAT en
enregistrement linéaire et avec une capacité atteignant 4 Go, en 8 mm avec un enregistrement
oblique comme sur un magnétoscope et pouvant contenir jusqu'à 16 Go ou en cassettes DC
spécialement conçues pour l'enregistrement des données, en 40 ou 60 Mo.
DMSI9.Les dispositifs d’affichage
9. LES DISPOSITIFS D'AFFICHAGE
9.1 GENERALITES
L'affichage d'un PC est réalisé en deux parties : la carte graphique, qui est quelquefois
intégrée sur la carte mère, et l'écran. Il existe deux types principaux d'écrans : ceux à tube
cathodique dont la taille, exprimée en pouces et correspondant à la diagonale de l'écran, varie entre
13" et 23" et ceux à cristaux liquides qui peuvent atteindre 18".
9.1.1 Principes - Définitions
L'image est reproduite à l'écran par une multitude de points élémentaires, appelés pixels, qui
sont balayés par lignes successives. La quantité de ces points et leur disposition déterminent la
définition de l’écran, le rapport existant entre le nombre de pixels en horizontal et en vertical
avoisinant en général 4/3, ce qui correspond au rapport des dimensions d'un écran standard. Les
fréquences de balayage horizontal et vertical correspondent respectivement au nombre de lignes et
d’images affichées à la seconde.
La résolution utilisée dans l’affichage est définie par la carte graphique et spécifie le nombre
de points pouvant être visualisés en horizontal et en vertical, la résolution maximale ne devant pas
dépasser la définition de l’écran.
Les différentes couleurs sont obtenues par synthèse additive à l'aide des trois couleurs de
base Rouge, Verte et Bleue. La teinte de chaque pixel est alors la résultante du mélange de trois
points de couleur et variable suivant leur intensité relative.
Pour chaque point, chaque couleur fondamentale est codée dans la mémoire vidéo par un
certain nombre de bits dont dépend la quantité de teintes disponibles; par exemple avec 3 bits, on
ne peut coder que 23 = 8 couleurs. La taille de la mémoire vidéo nécessaire est donc directement
fonction du nombre de couleurs requises simultanément pour une définition donnée.
Exemple de synthèse additive avec un codage sur 3 bits :
R V B COULEUR0 0 0 Noir0 0 1 Bleu0 1 0 Vert0 1 1 Cyan1 0 0 Rouge1 0 1 Magenta1 1 0 Jaune1 1 1 Blanc
Rouge
Blanc
VertJaune
Magenta Cyan
Bleu
Les différents modes d'affichage
Les premiers PC ne disposaient que du mode Hercules monochrome ou du mode CGA
(Color Graphic Adapter) avec une définition de 320 x 200 en 4 couleurs. Celui-ci a été remplacé
par l'EGA (Enhanced Graphic Adapter) qui avait une résolution de 640 x 350 avec 16 couleurs. Le
mode VGA (Video Graphic Adapter) est ensuite apparu et actuellement le standard minimal
correspond à une définition de 640 x 480 en 16 couleurs. Après différents modes intermédiaires tels
que l’XGA (eXtented Graphic Adapter) ou le VGA+, une nouvelle norme a vu le jour sous l'égide
de la VESA (Video Electronic Standart Association) avec le SGVA (Super VGA) disposant de
1024 x 768 points en 16 couleurs simultanées. Les cartes graphiques supportant ce mode peuvent
également afficher en 800 x 600 avec un minimum de 256 couleurs. D’autres modes d’affichages
sont ensuite apparus tels que l’UXGA ou le QXGA.
MODE RESOLUTION Nbre de COULEURS MEMOIRE
Hercules 720 x 348 Monochrome 32 Ko
CGA 320 x 200640 x 200
4 Monochrome
32 Ko
EGA 640 x 350 16 128 Ko
VGA640 x 350640 x 400640 x 480
64
16256 Ko
XGA 640 x 480 1024 x 768
65536256
1 Mo
SVGA
UXGA
HDTVQXGA
800 x 6001024 x 7681280 x 9601280 x 10241600 x 12001800 x 14401920 x 10802048 x 1356
De 16 à
16,8 millions
suivant la mémoire
De 512 Ko
à
64 Mo
Tableau récapitulatif des modes d'affichage
9.2 LES CARTES GRAPHIQUES
9.2.1 Généralités
Elles peuvent être intégrées ou non sur la carte mère et il en existe de nombreux types en
fonction du bus utilisé, de leur conception, de la résolution supportée et de la mémoire possédée.
Les cartes utilisant le bus ISA sont de conception ancienne, en général limitées au mode
VGA, et relativement lentes. Celles adaptées aux bus EISA ou MCA, beaucoup plus rares, étaient
réservées à des usages professionnels spécifiques. Restent les bus VLB, maintenant disparu, PCI et
surtout AGP qui permettent les débits importants réclamés par les cartes modernes plus
performantes.
9.2.2 Les procédés d'affichage
Ils ont évolué dans le temps en passant par plusieurs étapes :
- dans le procédé originel dit passif, ou encore à tampon de trame, le microprocesseur
calculait tous les points du tracé avant de les envoyer au circuit gérant la mémoire vidéo, d'où
une perte de temps tant au niveau du calcul qu'au niveau du transfert.
- sont arrivées ensuite les cartes actives ou accélératrices, par exemple sous Windows, où un
accélérateur graphique possédant des fonctions précablées prenait à sa charge l'affichage de
tous les objets couramment employés par le logiciel, tels que fenêtres, boutons, flèche de la
souris, etc.. Le processeur ne transférait alors, grâce à un driver ou pilote, que le type et la
position de ces objets, le restant de l'image étant toujours traité comme en passif.
- les cartes programmables possèdent un processeur graphique programmé à l'aide d'un
pilote en fonction du logiciel utilisé. Ce processeur exécute alors les calculs pour toutes les
formes géométriques que lui transfère le µP à travers ledit pilote. Ces cartes disposent en
outre d'une mémoire dynamique en plus de la mémoire vidéo pour effectuer les opérations
d'échanges et de cache. Elles obtiennent des performances irrégulières en fonction du type de
tracé à afficher : très rapides pour tout ce qui est figures géométriques, elles le sont moins que
les précédentes sous Windows et encore nettement moins efficaces pour du texte ou du tracé
non géométrique. Les cartes les plus performantes fonctionnent en 64 ou 128 bits et disposent
de fonctions spécialisées dans l'affichage de scènes en 3D avec des possibilités optionnelles
de décompression d'images, soit logicielles, soit matérielles.
9.2.3 La mémoire graphique
Différents types de mémoire peuvent être implantés sur les cartes graphiques : la RAM
dynamique classique (DRAM) qui utilise la même broche par bit pour l'entrée et la sortie, et la
RAM vidéo (VRAM) qui possède deux broches distinctes pour ces fonctions, ce qui élimine les
temps de commutation inhérents au premier système et la rend beaucoup plus rapide. D'autres
sortes de mémoire ont également fait leur apparition, telles que la Windows RAM (WRAM),
VRAM adressée par page, la SGRAM qui est un dérivé de la SDRAM, la Multibank DRAM
synchrone (MDRAM) ou dernièrement la DDR SDRAM. La taille de la mémoire peut être
augmentée sur certaines cartes prévues pour cela, elles sont alors équipées de supports adaptés.
Il a été vu précédemment que la quantité de mémoire installée déterminait le nombre de
couleurs disponibles en fonction du nombre de bits définissant chaque point et de la résolution
utilisée. Voici un tableau regroupant ces différents paramètres :
Nbre Bits/Pixel 4 8 15 16 24
Nbre Couleurs 16 256 32 768 65 536 16 777 216
640 x 480 150 Ko 300 Ko 563 Ko 600 Ko 900 Ko
800 x 600 234 Ko 469 Ko 879 Ko 938 Ko 1,406 Mo
1024 x 768 384 Ko 768 Ko 1,440 Mo 1,536 Mo 2,304 Mo
1280 x 1024 640 Ko 1,280 Mo 2,400 Mo 2,560 Mo 3,840 Mo
1600 x 1200 938 Ko
1,875 Mo 3,516 Mo 3,750 Mo 5,625 Mo
9.2.4 La conversion
Les données contenues dans la mémoire graphique sont lues cycliquement au rythme de la
fréquence ligne en horizontal et de la fréquence trame en vertical, puis elles sont envoyées après
traitement à l'écran. Avant l'apparition du mode VGA, elles étaient transmises avec un niveau
logique TTL (Transistor Transistor Logic) 0 ou 5V, chaque couleur de base étant codée sur un bit
pour le CGA et sur deux bits pour l'EGA. Deux signaux supplémentaires, les synchros lignes et
trames, permettent à l'écran de synchroniser son balayage avec les informations couleur provenant
de la carte vidéo.
Depuis la multiplication du nombre de couleurs à partir du mode VGA, il n'était plus possible
de transmettre les différents niveaux sous forme numérique parallèle et ils sont maintenant envoyés
en analogique, avec trois signaux d'amplitude proportionnelle à l'intensité de chaque couleur
primaire. Pour la réalisation, il est fait appel à un convertisseur numérique / analogique (N/A) ou
DAC (Digital Analogic Converter) disposant en général de 8 bits par couleur de base, ce qui
représente 16 777 216 teintes possibles.
Mais l'espace mémoire ainsi réclamé est très important, alors que toutes ces couleurs ne
pourront jamais être affichées simultanément du fait du nombre de points limité d'un écran. Pour
éviter ce gaspillage mémoire, la solution consiste à coder les couleurs avec un nombre inférieur de
bits et en utilisant des palettes mémorisées dans une RAM dédiée, l'ensemble prenant alors le nom
de RAMDAC. L'option "True Color" (couleur vraie) permet toutefois, si la quantité de mémoire
l'autorise, de conserver les codes réels des couleurs. Pour afficher les résolutions maximales
actuelles tout en obtenant un affichage stable, l'horloge du RAMDAC doit fonctionner de plus en
plus vite et atteint les 350 MHz, d’où l’emploi d’un ventilateur supplémentaire chargé de refroidir
le circuit intégrant cet élément.
MEMOIREVIDEO
SELECTION
RAMConversionpar décalage
32 K couleurs
Pas de conversion
16 M couleurs
conversion
par palettes
REPARTITION
N / AROUGE
N / AVERT
N / ABLEU
15 bits24 bits
24 bits
8 / 15 / 16 / 24 bits
24 bits
8 bits 8 bits 8 bits
DAC
RAMDAC
R V BSorties analogiques vers le moniteur
Signal numérique
Optioncouleur vraie
Schéma du RAMDAC
9.3 LES ECRANS A TUBE CATHODIQUE
9.3.1 Principe
Chaque signal vidéo analogique rouge, Vert ou Bleu attaque par l'intermédiaire d'une chaîne
d'amplificateurs un canon à électrons qui produit un faisceau modulé au rythme du signal. Ces
trois faisceaux, après accélération et concentration, sont alors déviés par des bobines de
déviation ou déflexion.
Ils passent ensuite à travers une grille ou masque avant d'atteindre l'écran où des
photophores ou luminophores des trois couleurs s'illuminent au point d'impact, la grille étant
percée de façon qu’ils ne puissent être touchés que par le faisceau correspondant. Ces points sont
groupés soit par trois en triangle dans la technologie classique (Shadow Mask), soit par bandes de
couleur dans le cas du système Trinitron (SONY). Le masque est alors constitué de fentes parallèles
verticales sur toute la hauteur de l'écran, en obtenant une meilleure luminosité et un meilleur
contraste. Le pas de masque, (Dot Pitch) représente la distance, mesurée en diagonale et exprimée
en mm, entre les centres de deux points consécutifs de même couleur.
Les bobines de déflexion sont commandées, via les blocs de déviation verticale et
horizontale, par une base de temps déclenchée elle-même par les signaux de synchronisation trame
et ligne provenant de la carte graphique. D'autre part, différentes tensions nécessaires au
fonctionnement de l'ensemble sont élaborées par le bloc de déviation ligne et le bloc d'alimentation.
Déviation
trame
Déviation ligneTHT
Alimentation
Base detemps
Amplificateurs
Chauffage
Accélération
Concentration
THT
Dév.verticale
Dév.horizontale
Grille
Ecran
RougeVertBleu
Synchro Trame
Synchro Ligne
Cathodes
Anodes d'accélération et de concentration
Schéma simplifié d'un moniteur à tube cathodique
9.3.2 Spécifications
Les faisceaux d'électrons balayent l'écran par lignes horizontales successives, le nombre de
lignes parcourues en une seconde correspondant à la fréquence horizontale ou ligne et le nombre
Pas de masque
Pixel
B
B B
B B
B
B
B B
BR
R
RR
RR
R
R
R
R
V V
VV
V V
VV
V V
d'images par secondes à la fréquence verticale ou trame. Chaque point n'est donc allumé que
pendant un temps très bref et du fait de la rémanence de l'écran et de la persistance de l'œil, il
paraît stable si la fréquence trame appelée aussi taux de rafraîchissement est suffisamment élevée.
Pour des définitions d'écran importantes et pour éviter de travailler avec des hautes fréquences, on
utilise parfois le balayage entrelacé qui consiste à n'afficher qu'une ligne sur deux alternativement
à chaque balayage, ce qui risque de produire des scintillements désagréables.
La bande passante est la largeur du spectre de fréquences que doivent pouvoir passer sans
déformation les amplificateurs pour obtenir une image correcte, elle est proportionnelle à la
fréquence ligne et à la résolution horizontale. Les fréquences de balayage sont fonction de la
résolution utilisée et tous les moniteurs actuels, dits multisynchrones ou autosynchrones, sont
capables de s'adapter automatiquement aux divers modes d'affichage.
Exemples des fréquences couramment utilisées pour ces différentes résolutions graphiques :
Résolution Fréq. verticale Fréq. horizontale
640 x 480 72 Hz 38 KHz
800 x 600 85 Hz 54 KHz
1024 x 768 70 Hz 58 KHz
1280 x 1024 74 Hz 76 KHz
9.3.3 Interfaces
La grande majorité de ces écrans disposent d’une interface analogique avec une prise VGA
15 broches HD (3 rangées). On y retrouve les trois signaux couleur RVB plus les deux signaux de
synchro et quelques lignes de dialogue destinées à la configuration automatique des écrans Plug
and Play.
Un autre type d’écrans devrait voir le jour et utilisera l’interface numérique développée pour
les écrans à cristaux liquides. La conversion numérique-analogique sera alors déportée dans le
moniteur, en améliorant la qualité d’affichage.
9.4 LES ECRANS A CRISTAUX LIQUIDES
9.4.1 Principe
Le fonctionnement des écrans LCD (Liquid Crystal Display) repose sur la propriété qu'ont les
cristaux liquides de modifier la propagation de la lumière. En effet, en passant au travers de ces
cristaux, la lumière subit une rotation de sa polarisation, rotation liée à l'intensité du champ
électrique appliqué.
Dans les écrans LCD, ces cristaux, placés en sandwich entre deux filtres polarisants orientés à
90 degrés, sont commandés par une couche transparente d'électrodes. Dans les écrans couleurs,
chaque pixel est constitué de trois cellules disposées respectivement devant un filtre de couleur
rouge, verte et bleue. L'ensemble, organisé en matrice de lignes et de colonnes, est encapsulé entre
deux plaques de verre et rétro-éclairé par une dalle lumineuse, plaque opaline éclairée par un ou
deux petits tubes néon.
9.4.2 Types
Dans les écrans passifs, chaque pixel est adressé par un balayage horizontal et par lignes
successives comme dans un écran cathodique et l'affichage paraît stable du fait des fréquences de
balayage et de la rémanence de l'écran. Par contre l'intensité lumineuse et le contraste sont faibles,
l'angle de vision étroit et il subsiste une certaine inertie lors des modifications de l'affichage.
Les matrices actives ou TFT (Thin Film Transistor) remédient à ces défauts grâce à
l'implantation de transistors en couches minces au niveau de chaque couleur de base de chaque
pixel. Tous ces points élémentaires restent alors allumés en permanence, leur commande se faisant
toujours de façon cyclique. Ces écrans sont encore chers à cause d'un fort taux de rejet dû à la
difficulté d'implantation de ces transistors sur des grandes surfaces. De nouvelles méthodes de
fabrication devraient néanmoins permettre prochainement d'augmenter la production et de baisser
les prix.
9.4.3 Interfaces
Dans les portables, les signaux numériques issus du circuit de gestion de l'affichage
commandent les balayages ainsi que l'intensité et la couleur des pixels par l'intermédiaire d'une
série de circuits intégrés à l'écran. L'interface est donc propriétaire et spécifique à chaque machine.
Pour rester compatible avec les cartes graphiques actuelles, une partie des moniteurs à écran
LCD sont encore dotés d'une interface analogique. Il faut donc transformer ces signaux
analogiques en signaux numériques à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique (CAN), ce qui
dégrade sensiblement la qualité du signal, donc de l'image, d'autant plus que ce signal a déjà été
converti de numérique en analogique cette fois au niveau du RAMDAC de la carte graphique.
La solution consiste alors à rester en numérique du début à la fin et un standard vient de voir
le jour : le DVI (Digital Visual Interface). Cette interface utilise deux liens hauts débit (165 Méga
Pixels / s) disposant chacun de trois lignes de transmission correspondant aux trois couleurs de base
(rouge, vert, bleu). Ces liens gèrent respectivement et sur une même ligne d’affichage les pixels
pairs et impairs. Deux versions vont coexister pendant un certain temps :
- le DVI-V qui supporte uniquement les signaux numériques.
- le DVI-I qui dispose à la fois les signaux vidéos analogiques et numériques et va
remplacer le connecteur VGA actuel en attendant la généralisation du DVI-V.
DMSI10.Les périphériques d’entrées
10. LES PERIPHERIQUES D’ENTREES
10.1 LE CLAVIER
Il possède en standard 105 touches, mais de plus en plus de modèles offrent en sus des
possibilités particulières via des touches supplémentaires programmées (multimédia, messagerie,
mise en veille, calculatrice, etc..) . Certains intègrent en outre d’autres fonctions telles que lecteur
de cartes à puce, touch pad ou même flipper…
La principale interface utilisée est de type PS/2 avec une prise MiniDin, alors que les prises
DIN 5 broches de l’AT ne sont plus guère utilisées et que le bus USB tarde encore à s’imposer. Les
interfaces radio ou infrarouge, plus souples mais plus coûteuses, nécessitent par ailleurs une
alimentation interne par piles et une liaison à vue pour l’IR
La technologie la plus courante est celle à membrane où deux feuilles de circuits imprimés
souples sont séparées par un film isolant perforé à l’emplacement des touches qui, en s’enfonçant,
mettent en contact ces circuits. Une autre méthode consiste à utiliser des pastilles graphitées
effectuant le contact entre deux zones imbriquées d’un circuit imprimé souple; des micro-contacts
encapsulés peuvent également être implantés sur ces circuits. Ces techniques sont certes moins
chères et moins bruyantes que l’emploi de contacts mécaniques sur circuit imprimé rigide, mais
aussi moins fiable à long terme.
Dans tous les cas, ces touches sont agencées par zones et reliées à un micro-contrôleur chargé
de gérer les voyants et de scruter en permanence le clavier. Lorsqu’une touche est enfoncée, son
code géographique est alors envoyé, via une liaison série, vers le contrôleur clavier de la carte mère
qui déclenche alors une demande d’interruption (IRQ1). Un logiciel résidant avec le choix du pays
(KEYBOARD.SYS avec option KEYB FR pour le clavier AZERTY) doit être auparavant chargé
au démarrage pour pouvoir utiliser un clavier autre que celui par défaut (QWERTY).
10.2 LES DISPOSITIFS DE POINTAGE
10.2.1 La souris
C’est de loin le plus utilisé des dispositifs de pointage. Connectée maintenant le plus souvent
sur une prise PS/2, la souris communique en mode série avec son contrôleur spécifique qui génère
également une demande d’interruption (IRQ 12) lorsqu’elle est déplacée. On peut encore la trouver
branchée sur un port série 9 broches, auquel cas elle utilise l’IRQ correspondant au COM1 (IRQ 4)
ou au COM2 (IRQ3). Les liaisons radio ou infrarouge offrent les mêmes avantages, mais aussi les
mêmes inconvénients que pour les claviers. Là aussi un programme résidant, généralement fourni
par le fabriquant, doit être lancé au boot et permet de gérer cet accessoire.
DMSI10.Les périphériques d’entrées
La plupart des souris utilisent une boule qui entraîne des roues sectorisées solidaires des axes
verticaux et horizontaux, des capteurs infrarouges délivrant des signaux en fonction de la rotation
de ces roues. Des modèles plus récents, sans boule, sont pourvus d’un système optique entièrement
statique pouvant détecter par réflexion les déplacements de la souris sur n’importe quelle surface,
éliminant du coup tous les problèmes liés à la mécanique.
10.2.2 Autres dispositifs
- Track ball : souris à l’envers utilisée principalement sur des portables.
- AccuPoint : petite manette extrêmement sensible disposée entre les touches de certains
portables.
- Touch Pad : zone sensible pouvant détecter le déplacement d’un doigt.
- Tablettes graphiques.
- Joysticks, volants, etc...
10.3 LES SCANNERS
Ce sont des dispositifs destinés à numériser des images de façon à ce qu’elles puissent être
stockées ou traitées par ordinateur. Pour cela, le document est balayé en lignes successives par une
barrette de capteurs photosensibles qui détecte les variations de luminosité et de couleurs. Le signal
analogique obtenu est ensuite échantillonné et numérisé à l’aide d’un DAC (ou CAN en français). Il
est alors récupéré par un logiciel de traitement d’images destiné à effectuer des modifications ou
retouches et à stocker l’image sous forme de fichier.
Ces périphériques sont connectés à l’ordinateur par une liaison parallèle, SCSI ou USB. Les
principales caractéristiques sont les résolutions (réelles) horizontales et verticales ainsi que le
nombre de bits de codage, ce qui détermine la palette de couleurs utilisable. Les temps de
numérisation, que ce soit en prévisualisation, en monochrome pour l’OCR (reconnaissance
automatique des caractères) ou en couleurs pour la photo ou d’autres documents, entrent également
en ligne de compte.
Il en existe trois types :
- dans les scanners à main, surtout utilisés avec des portables, le balayage de petite largeur se
fait manuellement, avec toutes les erreurs que cela peut entraîner.
- ceux à défilement ne permettent de numériser que des feuilles seules. Celles-ci sont
entraînées par un système de mollettes motorisées et passent devant les capteurs.
- les scanners à plat admettent des documents épais mais sont plus volumineux. Un système
de miroirs montés sur un chariot mobile équipé d’un tube fluorescent renvoie l’image balayée
sur la barrette de capteurs. Certains modèles acceptent même des négatifs ou des diapositives
grâce à une zone lumineuse insérée dans le couvercle.
DMSI10.Les périphériques d’entrées
10.4 AUTRES PERIPHERIQUES
- caméra basse résolution (webcam) sur port // ou USB.
- appareil photo numérique sur USB.
- modems.
11. LES IMPRIMANTES
11.1 PRINCIPES DE L’IMPRESSION
11.1.1 Le tramage
Les imprimantes en noir et blanc classiques ne pouvant pas reproduire des nuances de gris, il
est nécessaire d’utiliser une technique dénommée tramage pour y arriver. Cela consiste à noircir un
pourcentage d’une surface proportionnellement à la nuance désirée. Deux procédés sont utilisés : le
tramage à modulation d’amplitude utilise une densité de points constante avec des dimensions de
points variables, celui à modulation de fréquence des points de taille fixe mais en densité variable.
Modulation d’amplitude
Modulation de fréquence
11.1.2 L’impression en couleurs
Le principe de l’impression en couleurs repose sur la synthèse soustractive où les couleurs
de base sont le cyan, le magenta et le jaune. Leur somme devrait donner du noir, mais ce n’est pas
tout à fait le cas et on est obligé de rajouter une encre de cette couleur pour obtenir un noir parfait.
Cette méthode est appelée quadrichromie.
Pour reproduire différentes teintes, un tramage est effectué avec des densités variables de
points de ces couleurs en fonction de la nuance désirée.
11.2 LES IMPRIMANTES À AIGUILLES
11.2.1 Principe
Dans la tête d’impression, des aiguilles propulsées par des électro-aimants sortent et
impriment sur le papier en percutant un ruban encreur placé devant. La tête, fixée sur un chariot
entraîné par un moteur pas à pas, se déplace sur un guide, ce qui lui permet de couvrir toute la
largeur de la feuille. L’entraînement du papier est réalisé soit par frottement sur un tambour rotatif
pour les feuilles séparées, soit par traction grâce à des picots pour le papier listing. Ces deux
systèmes, commandés également par un moteur pas à pas, sont en général débrayables de façon à
passer facilement d’un mode à l’autre.
11.2.2 Caractéristiques
L’interface peut être une liaison série, mais le plus souvent elle est réalisée en mode parallèle
avec une prise Centronics. La configuration de ce type d’imprimante se fait par switchs ou par
menu.
La vitesse d’impression est exprimée en caractères par minute (cps) et la précision
d’impression dépend du nombre d’aiguilles qui peut varier de 9 à 24.
11.3 LES IMPRIMANTES À JET D’ENCRE
11.3.1 L’éjection thermique
Dans ce système, découvert par CANON et utilisé maintenant par presque tous les
fabriquants, une petite quantité d’encre est brusquement portée à ébullition par un élément
chauffant, une bulle de gaz se forme et une goutte est alors éjectée par une buse d’impression
disposée en face. La taille des gouttes est fixe pour une tête donnée.
La capacité d’évaporation et la fluidité de l’encre sont déterminantes pour la qualité
d’impression. Les propriétés de l’encre doivent être adaptées précisément à la tête utilisée, les
pigments des encres couleurs pouvant aussi être dégradés par les hautes températures nécessaires à
l’éjection. Du fait de la violence de l'expulsion, il est préférable d'employer un papier spécialement
traité en surface, adapté à ce type d’éjection.
encre
Buse d’impression
Elément chauffant
Plaques de maintient
Goutte d’encre
Bulle de gaz
Tête d’impression
Electro-aimant
Aiguilles
Ruban encreurPapier
Tambour
Les têtes d’impression thermiques, d’un coût relativement faible, sont souvent intégrées à la
cartouche d’encre, ce qui simplifie considérablement la maintenance. Dans le cas contraire, de l’air
risque d’être introduit dans le circuit et des cycles de pompage sont alors nécessaires, augmentant
d’autant la consommation d’encre.
11.3.2 L’éjection piézo-électrique
Développé et utilisé par EPSON, ce principe met en œuvre un quartz solidaire d’une
membrane qui comprime de l’encre contenue dans une chambre disposant d’une buse. Le quartz est
excité par une tension alternative qui le déforme et une goutte d’encre est ainsi projetée à chaque
période par effet de pompage. La taille des gouttes peut être modulée facilement en fonction de la
tension de commande du quartz, ce qui permet une meilleure maîtrise des teintes.
Là aussi, la qualité de l’encre et celle du papier doivent être adaptées à ce type d’éjection. Les
têtes d’impression piézo étant relativement volumineuses et surtout plus chères, elles sont fixes sur
le chariot avec des cartouches d’encre amovibles. De ce fait, à cause également de la pression
d’éjection moyenne et du diamètre des buses de plus en plus fines, le risque de bouchage est
augmenté et de nombreux cycles de nettoyage sont alors systématiquement réalisés.
11.3.3 Caractéristiques
Les interfaces utilisées sur les imprimantes à jet d’encre sont de type parallèle ou USB.
Les principales caractéristiques de ces imprimantes sont la précision et la vitesse
d’impression, respectivement exprimées en points par pouce (Dot Per Inch) et en pages par minute
(ppm). Cette dernière valeur est tout à fait subjective en fonction des fabriquants car elle dépend
beaucoup de la couverture d’encre et de la qualité d’impression.
Goutte d’encre
Arrivée d’encre
quartz
chambre Buse d’impression
membrane
11.3.4 Précautions
Ces types d’imprimantes sont très sensibles au séchage de l’encre et afin d’éviter la
pénétration d’air dans les têtes d’impression, il ne faut jamais laisser des cartouches d’encre vides
ou pas de cartouche du tout sur des têtes fixes. D’autre part les têtes doivent toujours être rangées à
leur position de repos, après éventuellement un cycle automatique de nettoyage, avant l’arrêt de
l’imprimante, ceci afin d’éviter le séchage des têtes.
Les encres utilisées étant très corrosives, il est important qu’elles ne coulent pas, surtout sur
les éléments électroniques, nappes ou circuits imprimés, qui pourraient être alors gravement
endommagés. Pour cela il faut veiller à changer les tampons récepteurs du trop-plein d’encre
lorsqu’ils sont pleins (cas assez rare) et surtout transporter ces imprimantes bien à plat.
11.4 LES IMPRIMANTES LASER
11.4.1 Principe
Un tambour photoconducteur est chargé électriquement par un Corona (fil ou grille) de
charge polarisé par une tension importante. Le laser balaye, par l’intermédiaire d’un système
optique, la surface photosensible de ce tambour en rotation en provoquant des trous de charge
correspondants aux points devant être imprimés.
Dans le développeur, le toner (poudre d’encre magnétique) est mélangé par un brasseur et se
colle sur un rouleau magnétique en contact avec le tambour photoconducteur. Cette poudre passe
ensuite sur celui-ci en se fixant sur les trous de charge.
Pendant ce temps, une feuille est prise dans le bac et entraînée sur le chemin de papier. Quant
elle arrive au niveau du tambour, un Corona ou rouleau de transfert, lui aussi fortement polarisé et
placé dessous, attire le toner et le dépose sur la feuille par attraction électrostatique. Celle-ci est
ensuite dépolarisée par une lamelle de décharge tandis qu’une autre lamelle racle le surplus de toner
sur le tambour qui est ensuite effacé par des lampes ou des LED. Le cycle recommence alors car il
faut compter environ trois tours de tambour pour couvrir la longueur d’une feuille A4.
La feuille arrive ensuite dans le four où elle passe entre deux rouleaux. L’un, côté toner, est
anti-adhérent et chauffé par un tube halogène, l’autre, recouvert de matière caoutchouteuse, est
chargé de presser et de coller le toner fondu sur le papier. Le document est alors terminé et sort de
l’imprimante.
Divers capteurs contrôlent la présence et le passage du papier à différents endroits, la moindre
anomalie provoquant la mise en erreur et l’arrêt de la machine.
11.4.2 Caractéristiques
Comme pour les imprimantes à jet d’encre les interfaces utilisées sont soit de type parallèle,
soit en USB. D’autre part la précision d’impression est également exprimée en points par pouce et
la vitesse en pages par minute. La configuration se fait le plus souvent par menu interne ou par
logiciel installé avec les drivers.
11.4.3 Précautions
Du fait de la température élevée du four, il est absolument nécessaire d’utiliser des
transparents spéciaux de qualité laser, les autres risquant de fondre et de se coller autour du rouleau
chauffant.
Certains éléments possèdent une durée de vie limitée. Le tambour photoconducteur s’use en
provoquant des défauts d’impression, obligeant alors au renouvellement de ce dispositif. Cette
opération est faite systématiquement lorsqu’il est intégré dans un bloc avec le développeur, lors de
l’échange du toner. En outre le four doit également être remplacé régulièrement, environ toutes les
100 000 copies, car le revêtement anti-adhérent du rouleau chauffant se détériore avec le temps.
11.5 LES AUTRES TYPES D’IMPRIMANTES
- Thermiques.
- à sublimation thermique.
