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1 Atelier hardware Le premier «bug» informatique : une mite. Noté par Grace Hopper en C'est elle qui, de par cette plaisanterie, rend le teme «debugging» populaire. atelier hardware 1/29

2 Contenu Atelier hardware...1 L'ordinateur...3 Bits & Bytes...5 Démonter et remonter un ordinateur...7 La carte mère le système nerveux...8 Le processeur le cerveau...9 Les bus informatiques les nerfs...11 La mémoire vive la mémoire à court terme...12 Périphériques de stockage la mémoire à long terme...14 Cartes d'extension...20 Le BIOS...26 Recycler du matériel informatique...28 Sources...28 février 2010, version 0.2 Licence atelier hardware 2/29

3 L'ordinateur atelier hardware 3/29

4 Anglais : computer du verbe (to) compute Latin : computare = calculer Le terme ordinateur est d origine biblique (il se trouve dans le Littré comme adjectif désignant «Dieu qui met de l ordre dans le monde»). Pour le dire simplement, un ordinateur est une machine qui effectue des calculs. Un ordinateur peut effectuer des calculs beaucoup plus rapidement qu'une calculatrice. Il peut exécuter des procédures complexes et répétitives de manière précise très rapidement et aussi extraire, traiter et stocker une grande quantité de données. Pour le dire plus correctement : Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant de traiter des données, aussi appellées informations, selon des séquences d'instructions prédéfinies appellées aussi programmes. Les composants physiques d'un ordinateur, le matériel, sont aussi appellés «hardware». Entrée Traitement de l'information Sortie 5 sens Cerveau / apprentissage Muscles Périphériques d'entrée (clavier, manette, joystick) & dispositifs de pointage (souris, trackball, tablette graphique, écran tactile) Processeur Écran, imprimante, CD etc. 1 écran 2 carte mère 3 processeur 4 RAM 5 cartes d'extension 6 bloc d'alimentation 7 graveur de disque optique / lecteur CD/DVD 8 disque dur 9 clavier 10 souris atelier hardware 4/29

5 Bits & Bytes Les données sont traitées sous forme numérique et exprimées dans un système binaire. Carte perforée atelier hardware 5/29

6 Bit «binary digit» = chiffre binaire Utilisé pour désigner une unité pour la capacité de stockage de données numériques, correspond au nombre de variables binaires utilisées pour stocker une information. 1 bit représente 2 états possibles : 0 (absence de courant) ou 1 (présence de courant) 2 bits sont 4 états possibles : 00, 01, 10 ou 11 4 bits = 16 états, 8 bits = 256 états, 16 bits = 576 états, 32 bits = 1024 états Le symbole du bit est un b (minuscule). Les ordinateurs d'aujourd'hui ont des capacités de milliards de bits. Byte & Octet 1 byte = plusieurs bits, en informatique on parle la plupart du temps de 8 bits, mais en télecommunications on peut vouloir désigner 9 bits. Quand on parle d'un octet on désigne explicitement une suite de 8 bits, mais 1 byte ne désigne pas forcément un octet. Le symbole du byte est un B (majuscule). Le symbole de l'octet est un o (minuscule). Traditionnellement les préfixes kilo, méga, giga etc. représentent un multiple de Or, appliqués aux octets il s'agit en réalité d'un multiple de C'est pourquoi de nouveaux préfixes ont été crées. incorrect, mais utilisé correct 1 ko = 1 kilooctet = 1000 octets 1 Kio = 1 kibioctet/kibi (kilo binary) = 1024 octets 1 Mo = 1 mégaoctet = 1000 ko 1 Mio = 1 mébioctet/mebi (mega binary) = 1024 kibioctets 1 Go = 1 gigaoctet = 1000 Mo 1Go = 1 gibioctet/gibi (giga binary) = 1024 mébioctets atelier hardware 6/29

7 Démonter et remonter un ordinateur Il n'y a pas de raison d'avoir peur de casser quelque chose. Outils 1: plat, 2 : Phillips, 3 : Pozidriv 1 tournevis plat et 1 tournevis cruciforme, on peut aussi utiliser un magnétiseur/démagnétiseur pour récupérer plus facilement des vis qui tombent dans les coins. Attention cependant, des disquettes peuvent être endommagées par les champs magnétiques. 1 lampe de poche - pour mieux arriver à lire sur la carte mère 1 boîte à oeufs - pour poser les vis 1 bombe à air sec pour nettoyer la pouissière 1 bracelet antistatique pour décharger l'électricité statique papier et stylo - pour noter ce qu'on fait Torx Phillips cruci- Précautions forme Energie statique : pour éviter les décharges électriques, qui pourraient casser le matériel, il faut toujours d'abord faire une liaison à terre. Pour cela utilisez un bracelet antistatique ou touchez tout simplement toujours d'abord le chassis (ou une pièce) en métal de l'ordinateur avec une main avant de toucher les cartes. Il ne faut pas toucher les pieds des cartes, ce sont leurs connecteurs électriques et ça pourrait les endommager. atelier hardware 7/29

8 La carte mère le système nerveux La carte mère est composée de circuits et de ports de connexion et sert à interconnecter les composants d'un micro-ordinateur. Le chipset (qu'on peut aussi voir comme le coeur de l'ordinateur) c'est la combinaison, traditionnellement, d'une puce appellée northbridge (gère des communications entre le microprocesseur, RAM, cartes AGP ou PCI-Express et le southbridge) et d'une puce appellée southbridge (définit et commande le fonctionnement de tous les bus et dispositifs qui ne sont pas pris en charge par le northbridge, donc bus PCI, Horloge, APM power management, USB, autres périphériques comme clavier, souris, carte réseaux etc.). Les capacités maximum d'évolution d'un PC sont souvent directement liées aux chipset (résolution graphique maximum, nombre de couleurs maximum, taille mémoire maximum, taille disque dur maximum, type de barrette mémoire maximum, vitesse maximum des bus, etc.). atelier hardware 8/29

9 Le processeur le cerveau atelier hardware 9/29

10 Le processeur, ou «unité centrale de traitement» de l'anglais CPU «central processing unit» est un composant essentiel de l'ordinateur. Il exécute les instructions d'un programme. Un processeur est généralement refroidi par un ventilateur (fan) et un dissipateur thermique (heat sink). Sa vitesse se mesure en Hertz. On parle de microprocesseur depuis les années 1970 : un seul circuit imprimé contient tous les composants. Les processeurs mulitcoeur modernes contiennent plusieurs unités de calcul sur un même circuit et peuvent alors exécuter plus d'instructions à la fois, ce qui les rend plus rapides. Il y a différents types de processeurs qui fonctionnent avec différentes architectures d'instructions : x86 (IA-32), PowerPC, ARM, MIPS, SPARC, PA-RISC etc. Le processeur lui-même est constitué de plusieurs composants : ALU = unité arithmétique et logique qui sait faire des additions et des opérations logiques (ET / OU) le séquenceur ou unité de contrôle contrôle l'ordre des tâches cache, horloge, registres Les instructions et les données transmises au processeur sont exprimées en instructions binaires (langage machine). C'est-à-dire qu'une série de 0 et de 1 est envoyée au processeur via la mémoire. Le séquenceur ordonne la lecture du contenu de la mémoire et la constitution des instructions présentées à l'alu qui les interprète. On ne programme pas un logiciel directement en langage machine, car cela est trop compliqué pour un humain. A la place, nous utilisons un langage de programmation dit de haut niveau qu'un humain peut comprendre (ou de l'assembleur, qui est encore plus proche du langage machine). La programme est ensuite compilé, c'est à dire, traduit en langage machine. Le premier compilateur, tout comme le premier programme informatique, ont été inventés par une femme. atelier hardware 10/29

11 En 1842 la comtesse Ada Lovelace commente un texte sur la machine analytique, une machine de calcul mécanique, inventée par son mari Charles Babbage. Ses commentaires, ainsi que son algorithme pour calculer le processus Bernouilli, faisant partie de ces commentaires, sont aujourd'hui considérés comme étant le premier programme informatique au monde, et de ce pas, Ada Lovelace est considérée comme la première développeuse informatique. Le langage de programmation Ada a été nommé en son honneur. En 1952, la mathématicienne Grace Hopper écrit le premier compilateur, un programme qui traduit un code source d'un langage de haut niveau vers un langage de bas niveau, comme l'assembleur ou le langage machine. Elle est aussi l'auteur du langage de programmation COBOL qui est utilisé encore aujourd'hui, notamment dans le monde de la finance. Les bus informatiques les nerfs Quand on parle de bus informatique on parle de l'ensemble des lignes de communication connectant différents composants d'un ordinateur. Le bus système (ou bus interne) relie le microprocesseur à la mémoire vive. Le bus d'extension (ou bus d'entrées/sorties) relie le microprocesseur aux connecteurs d'entrées/sorties et aux connecteurs d'extension. Un bus est souvent caractérisé par une fréquence et le nombre de bits qu'il peut transmettre simultanément. Communication série envoi d'une information bit par bit, dans l'ordre. Utilisée sur de longues distances. Communication parallèle envoi des bits de façon simultanée sur plusieurs canaux de communication ou bus informatiques. Utilisée sur de courtes distances. atelier hardware 11/29

12 La mémoire vive la mémoire à court terme De haut en bas : DIP, SIPP, SIMM 30 broches, SIMM 72 broches, DIMM (168 broches), DDR DIMM (184 broches). atelier hardware 12/29

13 On appelle la mémoire vive aussi mémoire système, mémoire volatile ou RAM, de l'anglais Random Access Memory («mémoire à accès direct»). La RAM est la mémoire d'un ordinateur dans laquelle on «entrepose» des données et instructions d'un programme que le microprocesseur doit traiter. On peut alors accéder rapidement à ces informations de manière différée. On pourrait aussi utiliser un disque dur pour stocker ces informations, mais c'est beaucoup plus lent. Aussi, la RAM est volatile, c'est à dire que les données sont perdues peu de temps après que l'ordinateur cesse d'être alimenté en électricité1. La capacité de la RAM est mesurée en bytes (B), par exemple : 2GB de RAM. Types de mémoire vive SRAM : «static RAM»!= SDRAM, utilisé en tant que cache de processeur DRAM : «dynamic RAM», utilisé dans les ordinateurs et les imprimantes (quand on envoie un document il est stocké là jusqu'á la fin de l'impression), exemple : DRAM, EDO, SDRAM, DDR, DDR2, DDR3, DDR4 (DDR = «double data rate» nouveau procédé avec une meilleure bande passante pour les données) NVRAM : «non volatile RAM», utilisé par exemple pour sauvegarder les préférences du BIOS, exemple : mémoire flash Formats/Connecteurs de mémoire vive SIMM - «single inline memory module», connecteurs électriques redondants DIMM - «dual inline memory module», connecteurs électriques des deux côtés SO-DIMM petit format pour portables Swap Pour étendre la RAM physique, on peut allouer un espace défini (une partition ou un fichier) sur un disque dur, appellé swap, qu'on appellera alors mémoire virtuelle. 1 En refroidissant la RAM, ce temps peut s'étendre à entre minutes, et des données y restantes, comme des mots de passe, peuvent être récupérées. Cf la «cold boot attack». atelier hardware 13/29

14 Périphériques de stockage la mémoire à long terme disquette 5,25" Exemples de périphériques de stockage : Bande magnétique, disquette, ZIP, CD-ROM, DVD-ROM, clé USB, carte flash, disque dur. ROM - la mémoire morte «read only memory» - une mémoire nonvolatile, c'est à dire qu'elle ne s'efface pas quand l'appareil n'est plus sous tension. Cette mémoire n'est pas modifiable (CD-ROM, DVDROM, EEPROM etc.) Utilisé notamment pour distribuer des firmwares, des jeux, le BIOS et pour le stockage de données. atelier hardware 14/29

15 Le disque dur Tout comme la disquette, la bande magnetique ou la cassette, le disque dur est une mémoire de masse magnétique. Elle stocke des données binaires sur la surface de plusieurs disques (plateaux) en rotation. La surface du plateau (en céramique, aluminium ou verre) est couverte d'une couche magnétique. La tête de lecture/écriture s'y déplace et suivant le courant électrique qui passe par cette tête de lecture/écriture des emplacements sur ces surfaces sont magnétisées et l'information est ainsi sauvegardée (rémanence). La lecture des informations sauvegardées se fait inversément par la même tête de lecture (tout comme un walkman). Il y a une tête par plateau. Les plateaux sont subdivisés en secteurs et cylindres. Quand l'ordinateur est allumé, on peut souvent entendre le disque qui tourne, ainsi que les têtes de lecture qui se déplacent sur les atelier hardware 15/29

16 plateaux. Aussi, on peut entendre quand un disque commence à se casser ou à avoir un dysfonctionnement. Un bruit claquant peut indiquer ce genre de problème. Etymologie Le disque dur (hard disk) est «dur» en opposition au disques flexibles («floppy disks»), les disques flexibles magnétiques à l'intérieur d'une disquette. Tailles courantes en pouces : 3,5 (tour) 2,5 (portable), 1,8 (lecteurs MP3) Capacité mesurée en octets Plateau de disque dur vu par un microscope MFM Vitesse mesurée en tours par minute. Les disques 3,5 existent en tpm (dans le commerce pour les particuliers maximum 7.200), les disques 2,5 en tpm. Cache Les disques durs ont souvent un cache pour rendre la vitesse de la tête de lecture indépendante de la vitesse de transmission des données à travers le câble. Les tailles de cache courantes sont entre 2 et 16 Mo. atelier hardware 16/29

17 Types d'interfaces cables IDE ATA (Protocole) / IDE (Interface) «Advanced Technology Attachment with Packet Interface». Quand on utilise un disque IDE, on doit déterminer par le placement de cavaliers («jumpers») l'adressage du disque (0 ou 1, aussi appellé master ou slave). Puisque la plupart des cartes mères ont deux branchements IDE, appellés primary ATA et secondary ATA, il est possible de brancher 4 périphériques (disques durs ou CD-ROM/DVD-ROM) sur ces deux emplacements (2 masters et 2 slaves), car un câble IDE permet de brancher deux périphériques. Disque dur IDE, cavaliers atelier hardware 17/29

18 La manière de placer les cavaliers est indiquée sur les périphériques. Il faut savoir que la copie entre deux disques durs qui partagent le même cable est beaucoup plus lente qu'entre deux disques durs qui sont sur deux emplacements IDE différents. cable S-ATA S-ATA ou SATA «serial ATA» depuis aussi esata en externe. Un périphérique par cable. Permet le branchement à chaud «hotplug» SCSI (se prononce : skasi) «small computer system interface» Branchement courant sur les tous types d'ordinateurs auparavant, surtout sur les Macs. Interface de communication parallèle (envoi et réception en même temps). Permet de brancher jusqu'à 15 périphériques l'un après l'autre. SAS «serial attached SCSI», nouvelle technologie depuis 2004 pour les disques durs. atelier hardware 18/29

19 MBR et partitions Le MBR «Master Boot Record» concerne les ordinateurs ayant un BIOS et désigne géneralement le premier bloc de 512 bytes d'une mémoire de masse, comme d'un disque dur. Le MBR contient la table des partitions, qui décrit la séparation du disque, et, en option, un chargeur d'amorçage, le «bootloader» ou «bootstraploader», qui est un logiciel qui sait démarrer le système d'exploitation qui est installé sur une des partitions du disque (par exemple : Grub ou LILO). Un MBR défectueux ou dont une partie a été ecrasée par mégarde (par exemple en effectuant une installation de Windows après GNU/Linux) peut empêcher l'amorçage parce que si la table de partitions est cassée, l'ordinateur ne réussit plus à trouver la bonne partition, le début de la partition ou la partition sur laquelle est installé le système d'exploitation. Autres disques Disques dur externes La plupart du temps, les disques durs externes sont en réalité constitués d'un boîtier et d'un disque dur (interne) IDE ou S-ATA. Le boitier lui-même est équipé d'un adaptateur USB ou Firewire et d'une alimentation. SSD «Solid state drive» C'est l'avenir du disque dur, déjà utilisé dans certains netbooks. Extérieurement, à l'apparence d'un disque dur, il ne contient aucun élément mécanique et est constitué de plusieurs puces de mémoire flash. atelier hardware 19/29

20 Cartes d'extension Carte PCI offrant un port parallèle (anciennes imprimantes par exemple) atelier hardware 20/29

21 Certaines fonctionnalités, bus et connecteurs, sont de nos jours déjà intégrés par défaut à la carte mère. Elles sont «on-board». Il y a des cartes graphiques on-board, ou des cartes son on-board, des modems on-board, etc. Mais quand on manque d'un port ou d'une connectique, on peut ajouter une carte d'extension. Exemples de cartes : carte graphique, carte son, carte réseau, carte USB, carte Firewire, carte Wifi, carte port parallèle, carte modem etc. Standards de bus (formats) Ces standards servent à connecter des cartes d'extension sur la carte mère. ISA, EISA sont de vieux standards PCI «Peripheral Component Interconnect», connecté au southbridge, les cartes peuvent aussi communiquer entre elles sans passer par le processeur AGP «Accelerated graphics port» successeur du PCI surtout pour cartes graphiques, plus rapide que PCI PCI-Express successeur de l'agp, plus petit, relié au northbridge. USB «universal serial bus» remplace dans certains ordinateurs notamment portables des connexions qui se faisaient avant par PCI en interne. Note : sous GNU/Linux on peut connaître les périphériques connectés en PCI en tapant la commande lspci, et les périphériques connectés en USB en tapant lsusb. Cartes PCMCIA / ExpressCard Branchées via un bus PCI-Express ou USB en interne, les ExpressCards remplacent les cartes PCMCIA et sont devenues un standard dans la plupart des ordinateurs portables. Avec une telle carte on peut étendre les fonctionnalités de son ordinateur. Elles existent en tant que cartes réseau, interfaces USB ou Firewire, tuner TV, cartes sons, etc. atelier hardware 21/29

22 Carte graphique Anciennement aussi appellée carte VGA, la carte graphique s'occupe de produire une image affichable à l'écran à partir des données qui lui sont envoyées par le processeur. Historiquement : calculs 2D. Aujourd'hui : calculs 2D & 3D (jeux, animations, architecture). Une carte graphique possède son propre processeur, appellé GPU «graphical processing unit». L'idée est de ne pas devoir utiliser le CPU de l'ordinateur pour effectuer les calculs graphiques. Comme le CPU, le GPU possède un ventilateur et un dissipateur thermique. Aussi, les cartes graphiques possèdent souvent leur propre mémoire, appellée mémoire vidéo. Les cartes, qui utilisent la mémoire vive de l'ordinateur, sont marquées «shared memory» ou «mémoire partagée» en français. Certaines cartes ont également leur propre BIOS, une mémoire morte qui sauvegarde les préférences d'affichage. Les connectiques qu'une carte graphique peut fournir : VGA, vidéo composite, S-Video, TV-Out, DVI (numérique), HDMI (numérique), DisplayPort (Mac) etc. atelier hardware 22/29

23 Carte son La carte son sert à enregistrer, mélanger (mixer), synthétiser, traiter et jouer des signaux sonores. Une carte son, ou audio interface, traite des signaux audio analogiques et numériques. On branche ces cartes de nos jours en interne, via PCI ou PCI-Express, ou en externe via USB, Firewire, PCMCIA ou ExpressCard. Certaines cartes son viennent avec une «break out box» qui s'installe dans un emplacement 5,25. La carte son peut fournir : jack, mini-jack, RCA, MIDI Couleur Connectique Rose Entrée microphone (mono) Bleu Entrée ligne (line-in) Vert Sortie ligne (line.out) pour casque ou enceintes (stéréo) Noir rear speakers (stéréo arrière) Argent side speakers (stéréo sur les côtés) Orange center speakers & subwoofer (stéréo centre et bass) atelier hardware 23/29

24 Carte réseau atelier hardware 24/29

25 Réseau filaire : Fournit une connectique pour câble réseau RJ45, à ne pas confondre avec le RJ11 qui est le standard des câbles modem/ téléphone. Beaucoup de cartes réseau sont intégrées à la carte mère. Souvent elles comportent des LEDs qui indiquent le branchement correct du cable RJ45 (LNK) et un flux de données (T/R). Vitesses standards : 10 Mbit/s 100 Mbit/s «Fast Ethernet» 1000 Mbit/s parfois également noté 1.0Gbit/s «Gigabit Ethernet» Mbit/s «10 Gigabit Ethernet», encore peu employé Quand on branche deux ordinateurs ayant chacun une carte réseau Gigabit Ethernet via un routeur Fast Ethernet, la vitesse maximum entre les deux ordinateurs sera limitée à la vitesse du routeur. Réseau sans fil : Une carte wifi n'a généralement pas de connecteur à l'extérieur de l'ordinateur mais elle comporte, outre le composant sur la carte mère, des antennes, qui se trouvent souvent dans le dos de l'écran. Aussi, cette carte peut avoir un bouton ou switch on/off mécanique. atelier hardware 25/29

26 Le BIOS Le BIOS, «basic input/output system», existe uniquement sur les PC avec des processeurs de type x86. Les Macs, Sun, Sparcs utilisent d'autres systèmes, comme OpenFirmware ou OpenBoot. Le BIOS contient le premier code exécuté par l'ordinateur quand on allume celui-ci. Sa fonction est d'identifier, de tester et d'initialiser les périphériques système comme la carte graphique, le disque dur, le lecteur disquette etc. Le BIOS met les périphériques dans un état connu, afin que des programmes puissent être chargés. Ce processus s'appelle démarrage, ou en anglais boot, ce qui est l'abbréviation pour bootstrapping. Les programmes du BIOS sont stockés sur une puce, qui constitue une mémoire non-volatile, et sont conçus pour fonctionner avec des périphériques divers. Certaines cartes graphiques amènent leur propre BIOS afin d'étendre les fonctionnalités du BIOS de la carte mère. Une fois le processus de démarrage accompli, le système d'exploitation remplace les fonctionnalités du BIOS afin de causer luimême au matériel. atelier hardware 26/29

27 Les préférences du BIOS et l'horloge du système «real time clock» sont constamment alimentés par une pile 3 Volt. Ces piles tiennent entre 2 et 10 ans, suivant le type de carte mère, la température ambiante etc. Le BIOS est généralement fourni par les constructeurs des cartes mères et son code n'est pas libre. C'est pourquoi il y a des tentatives de créer un BIOS libre comme OpenBIOS ou Coreboot. atelier hardware 27/29

28 Recycler du matériel informatique Les ordinateurs et écrans contiennent des matériaux qui doivent être traités de manière spécifique, il ne faut pas les jeter à la poubelle ou en décharge. Quand vous achetez du matériel neuf, vous êtes en droit de demander la reprise de l'ancien équipement similaire au magasin car pour tout achat de matériel neuf, l'ue applique une taxe écologique depuis quelques années. On peut aussi déposer ses déchets à la déchetterie municipale. Les communes doivent mettre en place le tri sélectif aussi pour les déchets électroniques. En cas de doute, il convient donc d'appeller à la mairie. Enfin, on peut donner le matériel devenu inutile. Voici un annuaire d'associations qui distribuent du matériel informatique inutilisé et auxquelles vous pouvez donner un vieil ordinateur Voir aussi le bilan carbone d'un ordinateur, un article détaillant les consommations d énergie fossile liées à la production des divers sous-ensembles intervenant dans un ordinateur personnel sur le site d'alis44: Sources Wikimedia Foundation Genderchangers Hardware course reader Image MFM de Image Bootstrap de atelier hardware 28/29

29 Index Atelier hardware...1 L'ordinateur...3 Bits & Bytes...5 Bit...6 Byte & Octet...6 Démonter et remonter un ordinateur...7 La carte mère le système nerveux...8 Le processeur le cerveau...9 Les bus informatiques les nerfs...11 La mémoire vive la mémoire à court terme...12 Types de mémoire vive...13 Formats/Connecteurs de mémoire vive...13 Capacité...13 Swap...13 Périphériques de stockage la mémoire à long terme...14 Le disque dur...15 Types d'interfaces...17 MBR et partitions...19 Autres disques...19 Cartes d'extension...20 Standards de bus (formats)...21 Cartes PCMCIA / ExpressCard...21 Carte graphique...22 Carte son...23 Carte réseau...24 Le BIOS...26 Recycler du matériel informatique...28 Sources...28 atelier hardware 29/29

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