Sommaire

2. Architecture d'un ordinateur

Our charge against the metaphysician is not that he attempts to employ
the understanding in a field where it can not profitably venture,
but that he produces sentences which fail to conform to the conditions
under which alone a sentence can be literally significant.

A. J. Ayer, p 15, Language Truth and Logic, 1936

2.1 Génèse

Les premiers calculateurs, qu'ils fussent mécaniques, électro-mécaniques ou électroniques, ne furent pas l'aboutissement de travaux de recherche, mais résultèrent de la mise en pratique de découvertes scientifiques appliquées à la mécanisation du calcul. Ils furent créés comme des outils annexes aptes à simplifier des tâches humaines plus complexes :



La Pascaline 		 
La machine de Leibniz

Les premières applications des calculateurs automatiques concernaient le calcul numérique. A la fin des années 40, l'ordinateur quitta progressivement les laboratoires ou il était né pour se répandre au sein de l'armée, de l'industrie ou du commerce. On lui assigna alors des tâches différentes de ce pourquoi il avait été créé : traiter automatiquement de gros volumes de données pas forcément numériques.

Cependant, les ordinateurs de l'époque constituaient une denrée rare que seul un petit nombre de privilégiés pouvait approcher. L'ordinateur était une ressource critique : les coûts des machines étaient exorbitants et leurs capacités relativement faibles, il fallait donc les utiliser à bon escient. On conçoit aisément que l'ordinateur n'ait pas été utilisé à ses débuts à des fins ludiques.

On a ensuite compris (à partir de 1950) que ces machines pouvaient devenir tellement complexes et qu'elles disposaient d'un tel potentiel qu'elles pouvaient constituer un domaine d'étude et de recherche à elles seules.

L'informatique était née. Mais avant d'en arriver là, de nombreuses découvertes furent nécessaires.

2.1.1 Les travaux théoriques

a) La logique

Les grecs furent sans doute les premiers dans le monde occidental à tenter de formaliser le raisonnement humain. Ils élaborèrent un cadre formel appelé logique (Organon d'Aristote, Eléments d'Euclide). La logique (logos = discours) est, de manière simplifiée, l'étude de l'adéquation de la pensée avec le discours. Elle tente de modéliser le processus de raisonnement humain de manière simplifiée.

La logique faisait initialement partie de la philosophie. Cependant les mathématiciens ont trouvé dans la logique un formidable outil capable de les aider à formaliser et automatiser leurs raisonnements et ont donc développé une branche de la logique appelée logique mathématique qui traite du raisonnement et plus particulièrement de la démonstration ou de la preuve.

De nombreux travaux ont concouru à l'élaboration de la logique comme nous la connaissons aujourd'hui:

La fin du XIXème siècle et le début du XXème siècle sont marqués par les difficultés qu'ont les mathématiciens à établir leur discipline sur des fondations solides. C'est ce qu'on a appelé la crise des fondements (Cantor, Berry, Russell).

Les mathématiques ont en effet été considérées jusqu'à la fin du XIXème siècle comme une source d'inspiration divine : elles ne faisaient que refléter le caractère idéalement parfait de Dieu et le mathématicien ne faisait que redécouvrir l'empreinte de Dieu.

En 1900, le mathématicien David Hilbert présenta, lors d'un congrès international qui eut lieu à Paris, 23 problèmes ouverts, et qui selon lui, demandaient une attention toute particulière car leur résolution permettait des avancées majeures en mathématiques. Hilbert posait notamment la question de savoir s'il existait un procédé mécanisable à caractère fini qui premettrait de résoudre toutes les questions mathématiques récalcitrantes.

En 1924 naquit un mouvement initié par Moritz Schlick qui prit les noms successifs de Cercle de Vienne (Wiener Kreis), positivisme logique et Mouvement pour l'Unité des Sciences. Ce mouvement tire ses origines du positivisme scientifique d'Auguste Comte (1798-1857), du logicisme de Frege et des travaux de Hilbert. De nombreux scientifiques et philosophes ont adhérés à ce mouvement qui avait pour but de fonder une nouvelle philosophie de la science en excluant toute considération métaphysique. Pour ce faire, on cherche à exprimer toute proposition (philosophique, mathématique) dans un langage dont seul importe la syntaxe. Ce mouvement cherchait notamment à réduire les mathématiques à la logique.

On considère un alphabet de symboles. On fixe des règles comparables à l'orthographe et à la grammaire pour construire une formule à partir des symboles. On établit ensuite des axiomes (ou prémisses) qui sont des vérités initiales, puis on énonce des règles pour déduire une nouvelle formule à partir d'une formule précédente ou d'un axiome. Les mathématiques sont remplacées par un ensemble de formules. Une démonstration consiste en une manipulation de symboles selon des règles bien définies et se présente comme une suite logique d'application de règles.

Ce procédé vise donc à soustraire la sémantique liée à la compréhension d'un problème. On pourra lire à ce sujet "Le Mirroir Automate" de Gérard Chazal.

Cependant les travaux de Gödel en 1931 notamment ses théorèmes d'incomplétude montrèrent que c'était impossible. Dans "Über formal unentscheidbare Sätze der Principia Mathematica und verwandter Systeme (Sur l'indécidabilité formelle des "Principia Mathematica" et des systèmes apparentés), Gödel démontre que pour n'importe quel système axiomatique indépendant suffisamment puissant pour décrire l'arithmétique des entiers, il existe des théorèmes ne pouvant être ni infirmés ni confirmés. Cette démonstration mit à mal les espoirs du Cercle de Vienne.

S'il existait un système mécanique capable de démontrer des théorèmes en mathématiques, alors on pourraît démontrer "simplement" :

b) Calculabilité et décidabilité

Comme nous venons de le voir, modéliser la pensée humaine et son mode de fonctionnement, tenter de l'automatiser, sont des tâches ardues et nous sommes encore loin de parvenir à des résultats nous approchant d'une intelligence artificielle substancielle.

Cependant, il est un domaine de la pensée humaine que l'on peut facilement automatiser, c'est celui du calcul. Depuis des siècles, de nombreux scientifiques s'évertuent à créer des machines aptes à réaliser des calculs de manière automatique. Schikard, Pascal, Leibniz, Babbage, pour ne citer qu'eux, ont réalisé des "machines à calculer" mécaniques (formées de bois et de métal) de plus en plus complexes.

Notamment Charles Babbage (1791-1871) avec ses deux inventions que sont la machine différentielle (1821), puis la machine analytique (qui ne fut pas terminée de son vivant) démontre la possibilité de "programmer" un calculateur avec des cartes perforées (punch card en anglais).

Les résultats obtenus par Gödel n'ont pas mis un terme aux recherches entamées dans le cadre de la mécanisation du calcul. Plusieurs chercheurs ont alors tenté de définir formellement la notion de calculabilité : c'est à dire, comment caractériser ce qu'est une fonction calculable.

Définition : Calculabilité

Une fonction est dite calculable s'il existe une procédure algorithmique finie permettant de calculer en un nombre fini d'étapes, sa valeur pour tout argument de son domaine (cf [ALL 1994]).

Deux mathématiciens y sont parvenus en utilisant des théories différentes :

Définition : Church - Turing

Toute fonction dite calculable peut être calculée à l'aide d'une machine de Turing.

La notion de calculabilité est liée au 10ème problème de Hilbert :

Etant donnée une équation avec un nombre quelconque de quantités inconnues et avec des coefficients qui sont des nombres entiers rationnels : Trouver un procédé qui peut déterminer par un nombre fini d'opérations, si l'équation est soluble dans les entiers rationnels. Youri Matiyasévitch a démontré en 1970 qu'il n'est pas possible de trouver un tel algorithme pour un polynome de degré supérieur à 5.

Une notion voisine de la calculabilité est la décidabilité qui caractérise les problèmes dont la réponse est oui ou non.

Définition : Décidabilité (ALL 1994)

Une classe de questions est dite décidable s'il existe une procédure algorithmique finie permettant de résoudre toute question de cette classe en un nombre fini d'étapes.

2.1.2 Avancées en physique

De nombreuses découvertes ont également contribué à la réalisation et l'amélioration des ordinateurs :

2.1.3 Le Z3 - premier calculateur "moderne"

Konrad Zuse (1910 - 1995) réalisa le Z1, Z2 et enfin le Z3 en 1941 pour une usine d'aéronautique de l'armée allemande (le Z3 fut détruit en 1944 par les alliés). Il s'agit du premier ordinateur programmable utilisant le binaire.

Il semble que le Z3 était un ordinateur très en avance sur ses concurrents directs que furent le Mark I et l'ENIAC.


2.1.4 Le Colossus britannique

Durant la seconde guerre mondiale, les allemands utilisaient la machine Enigma pour coder leurs messages. L'un des buts fixés à l'Intelligence Service fut de casser les codes Enigma.

La conception de Colossus commença en mars 1943 à Bletchley Park sous l'égide de Max Newman et de son équipe. Le Colossus fut opérationnel en janvier 1944 et permit de décoder en quelques heures les messages codés allemands.

Les anglais gardèrent secret leur machine. Ce n'est qu'en 1970 que l'on apprit l'existence de Colossus

2.1.5 Le Mark I

L'un des tous premiers ordinateurs américain est l'IBM ASCC (Automatic Sequence Controlled Calculator) créé par Howard H. Aiken. Ce calculateur fut vendu à l'université de Harvard qui le baptisa Mark I.

Ses caractéristiques étaient les suivantes :

Le Mark I était une machine autonome capable de lire ses instructions sur des cartes perforées mais ne pouvait effectuer d'instruction de branchement conditionnel (if).


2.1.6 L'ENIAC

l'ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) fut terminé en 1946. Il a été construit à l'Université de Pennsylvanie par John Mauchly et John Eckert à partir de 1943 pour les besoins du BRL (Ballistics Research Laboratory).

Le BRL était une agence de l'armée américaine chargée d'élaborer les tables de portée et de trajectoire des projectiles. Ce travail occupait près de 200 personnes qui utilisaient des "machines à calculer" de l'époque pour établir l'ensemble des caractéristiques des projectiles, données sans lesquelles ces armes étaient inutilisables par les artilleurs. La préparation des tables pour un projectile pouvait occuper une personne pendant plusieurs dizaines d'heures voire plusieurs jours.

Mauchly alors professeur d'ingénierie électrique à U Penn, assisté de son thésard Eckert, proposa de construire un ordinateur pour répondre aux besoins du BRL.

Les caractéristiques de l'ENIAC étaient les suivantes :

L'ENIAC qui fut terminé en 1946 ne participa pas à l'effort de guerre mais fut utilisé dans l'élaboration de la bombe H. L'ENIAC fonctionna jusqu'en 1955 au BRL.

Une caractéristique préjudiciable de l'ENIAC était que la programmation s'effectuait par cablage :




2.1.7 Von Neumann et l'EDVAC

L'architecture des ordinateurs actuels repose sur le modèle de Von Neumann. John Von Neumann (1903-1957) était un mathématicien américain d'origine hongroise. Il travailla comme consultant dans le projet ENIAC puis participa à la création de la première bombe atomique à Los Alamos. Il entrevit le potentiel des machines électroniques dans le calcul à grande échelle.

Von Neumann eut l'idée (que d'autres eurent probablement avant lui) que la mémoire de l'ordinateur ne devait pas servir qu'à stocker uniquement des données, mais elle devait également stocker les programmes : c'est le concept de programme enregistré.

Dans son article fondateur intitulé First draft of a report on the EDVAC (30 Juin, 1945, Université de Pennsylvanie), il décrit également l'organisation qui devrait être celle d'un ordinateur moderne :

La mémoire stocke des nombres (Standard numbers) et des instructions (Orders) sur 32 bits. Le bit 31 vaut 0 s'il s'agit d'un nombre et 1 dans le cas d'une instruction.



Architecture de Von Neumann


Généalogie des ordinateurs à partir de l'ENIAC.
(voir le site suivant)

En raison de conflits qui l'opposèrent à Eckert et Mauchly, Von Neumann rencontra quelques problèmes dans la création d'un nouvel ordinateur basé sur l'EDVAC. En effet, lorsque Von Neumann publia son First Draft, il ne fit apparaître que son seul nom sur l'article. Eckert et Mauchly considéraient que si Von Neumann avait pu en arriver la, c'était en raison de leur collaboration et de leurs discussions. Néanmoins, Von Neumann construisit à Princeton un ordinateur baptisé IAS entre 1946 et 1952 qui était basé sur le modèle de l'EDVAC.

L'architecture de Von Neumann s'oppose à celle dite de Harvard (Mark I).

Avec une architecture de type Harvard, les données et les instructions sont stockées dans des mémoires différentes et utilisent des bus différents. Cela rend les ordinateurs de type Harvard plus rapides car ils sont capables de lire en même temps une instruction et une donnée, alors qu'avec une architecture de type Von Neumann, on peut soit lire une instruction, soit lire/écrire une donnée.

Pour info : les DSP (Digital Signal Processors) ou Processeurs de Signal Numérique sont des circuits électroniques spécialisés dans les calculs complexes et reposent sur une architecture de type Harvard. Ils sont notamment utilisés pour le traitement des données audio et vidéo.

Voici un exemple d'une architecture de harvard

2.1.8 L'UNIVAC

Eckert et Mauchly créérent leur propre société en 1947 pour fabriquer et commercialiser des ordinateurs. Leur premier succès fut l'UNIVAC I (UNIVersal Automatic Computer) dont le premier modèle fut livré en mars 1951 au Bureau du Recensement américain.

Les prix exorbitants des premiers ordinateurs les mettaient hors de portée de la plupart des grandes entreprises et des universités. L'UNIVAC atteignit des prix avoisinant les \$1.250.000 et \$1.500.000.

L'UNIVAC fut utilisé par :

La commercialisation de l'UNIVAC marque le début de l'industrie informatique.

Pour de plus amples informations sur les premiers calculateurs vous pouvez vous rendre sur la page suivante.


2.2 Les générations suivantes

On classe les ordinateurs suivant la génération technologique à laquelle ils appartiennent :

Durant la deuxième génération a vu la naissance des mini-ordinateurs, c'est à dire des ordinateurs moins volumineux et plus abordables d'un point de vue pécunier. L'utilisation des circuits intégrés a ensuite permis de réduire encore plus la taille des ordinateurs.

Machine Année Coût en k$ Volume
PDP-8 1965 16,2 2,44
PDP-8/L 1968 7 0,61
PDP-8/A 1975 2,6 0,37
Evolution des PDP-8 de DEC

La quatrième génération correspond à l'apparition des micro-ordinateurs ce qui a permis la démocratisation de l'informatique.

2.3 Architecture des ordinateurs actuels

Depuis les années 1940, les ordinateurs ont subi de nombreuses évolutions.

La plus importante fut sans doute l'invention du transistor (Bell Labs), suivie par celle du circuit intégré, puis par l'invention du microprocesseur par Intel en 1971 (cf. Chapitre 3).

Du côté des mémoires, on distingue aujourd'hui la mémoire dite centrale (RAM) de la mémoire de masse (qui correspond aux périphériques tels que les disques durs, ou les "vieilles" bandes magnétiques).

2.3.1 Le boîtier

Le boîtier qui regroupe l'ensemble des composants, également appelé Unité Centrale est aujourd'hui un élément important en raison de plusieurs facteurs :

Il existe différentes catégories de boîtiers (cf site suivant):

Exemple : Antec Sonata III

Site de référence : Antec

2.3.2 La carte mère

Comme le montre le schéma de l'architecture de Von Neumann, on doit organiser la communication entre trois éléments principaux que sont :

L'interconnexion des différents composants et périphériques est réalisée de nos jours grâce à la carte mère.


Carte mère AsRock 775Twins-HDTV (Vue détaillée)


Définition : carte mère

La carte mère est un circuit imprimé qui permet de mettre en contact physique les différents composants et périphériques. Elle représente une sorte d'ossature sur laquelle viennent se connecter (greffer) les composants.

Les cartes mères actuelles (2006) se décomposent en 2 parties :

le pont nord (encore appelé northbridge ou GMCH pour Graphics and Memory Controller Hub) chargé de gérer les composants qui ont besoin d'une bande passante importante :
  • microprocesseur
  • mémoire vive (RAM)
  • carte graphique
le pont sud (appelé southbride ou ICH pour Input/Output Controller Hub) chargé de gérer les périphériques qui ont besoin d'une faible bande passante :
  • clavier, souris, audio
  • port parallèle, port série
  • périphériques USB, FireWire
  • réseau
  • disques durs, CD/DVD Rom


Vue schématique d'une carte mère de type Intel (2006)
avec chipset Sis 656fx/966,


Vue schématique d'une carte mère de type Intel (2004)

a) Chipset

L'un des éléments principaux de la carte mère est le chipset : c'est un circuit électronique qui contrôle et régule les échanges de données entre les divers composants de la carte mère.

La carte mère et le chipset déterminent :

Par exemple, les chipset utilisés pour la carte mère AsRock 775 Twins-HDTV sont les suivants :

  • north bridge : ATI Radeon XPress 200
  • south bridge : ULi 1573

Exemples de chipsets Intel.

b) Notion de bus

Dans l'architecture de Von Neumann les différents composants dialoguent (ou échangent de l'information) au travers de canaux de communications appelés bus.

Un bus se décompose en 3 parties :

Un bus est caractérisé par :
  • son type : paralèlle ou série
  • sa largeur, exprimée en nombre de bits ou d'octets : il s'agit du nombre de bits qui sont transférés en même temps
  • sa fréquence, exprimée en hertz : elle indique la vitesse de transfert de l'information

En fonction de la fréquence et de la largeur, on peut déterminer la bande passante ou débit qui s'exprime en Mo/s ou Go/s (ou Mbits/s, Gbits/s) :

bande passante = fréquence × largeur



Plus la bande passante est importante, plus le bus est performant.

On distingue deux bus importants au niveau du Pont Nord :

Remarque : on notera, concernant les Athlon 64, que le bus mémoire est directement connecté au processeur et ne passe donc pas par le Pont Nord. Cette technique a pour bus d'améliorer la vitesse d'accès à la mémoire.


c) Le socket

Définition : Socket

Support pour circuit intégré et notamment pour le microprocesseur qui permet de le relier électriquement à la carte mère sans le souder.

Exemples de sockets actuels :


Sockets plus anciens

2.3.3 les principaux ports et interfaces

On pourra consulter la page suivante concernant les bus plus anciens.

a) L'interface PCI (Peripheral Component Interconnect)

Le bus PCI (Peripheral Component Interconnect) est une norme mise au point par Intel en 1991 et commercialisée à partir de 1992 qui reprend le concept de Local Bus. A l'origine le PCI est un bus de 32 bits fonctionnant à 33 Mhz, soit une bande passante de l'ordre de 132 Mo/s.

Il est également Plug and Play (PnP), ce qui signifie que la configuration d'une nouvelle carte est effectuée directement par le BIOS et le système d'exploitation.

Le bus PCI supporte le DMA (Direct Memory Access) qui permet à un périphérique de prendre le contrôle du bus pour transférer des données directement en mémoire.

L'inconvénient du VL-bus est qu'il force le processeur à suspendre son activité dès lors qu'il transfère des données. LE bus PCI remédie à ce problème : lorsque le processeur envoie des données à un périphérique, celles-ci sont stockées dans une mémoire tampon du contrôleur PCI, puis acheminées ensuite vers le périphérique.


Révision 2.0 2.1 2.2 PCI-X
Année 1993 1995 1998 1999
Largeur (bits) 32 32 64 64
Fréquence (Mhz) 33 66 66 133
Bande passante (Mo/s) 132 264 528 1064

Note : Il existe également la norme PCI 2.3 (Février 2002) qui normalement est un PCI 2.2 permettant d'utiliser une tension de 3,3 V ou de 5 V.
La version 3.0 du PCI ne permet d'utiliser que des cartes fonctionnant sous 3,3 V.


Norme Fréquence
(Mhz)		 Largeur
(bits)		 BP
(Mo/s)
PCI 2.3 32 33 133
PCI 2.3 32 66 266
PCI 64 64 33 266
PCI 64 64 66 532
PCI-X 1.0 64 66 532
PCI-X 1.0 64 100 800
PCI-X 1.0 64 133 1066
PCI-X 2.0 (DDR) 64 133 2132
PCI-X 2.0 (QDR) 64 133 4264

b) L'AGP (Accelerated Graphics Port)

L'arrivée des cartes graphiques 3D très gourmandes en bande passante a posé un nouveau problème au bus PCI. En outre ces cartes ont besoin d'entreposer des données relatives à des textures en mémoire centrale.

Le bus AGP a donc été créé en 1997 pour répondre aux besoins des cartes 3D. Il repose sur une spécification initiale de type PCI 2.1 offrant une bande passante de 264 Mo/s (32 bits à 66 Mhz).

L'AGP est apparu avec les Pentium II et devait répondre à deux attentes :

Il intègre les techonologies DMA et DIME :


Révision AGP 1X AGP 2X AGP 4X AGP 8X
Année 1997 ? ? ?
Largeur (bits) 32 32 32 32
Fréquence (Mhz) 66 66x2 66x4 66x8
Bande passante (Mo/s) 264 528 1056 2112

c) L'interface IDE (ou PATA)

L'interface IDE (Integrated Device Electronics), encore appelée PATA pour Parallel Advanced technology Attachment, permet de connecter des périphériphes internes tels disques durs ou lecteurs/graveurs CD/DVD.

Cette interface est limitée à 2 connecteurs qui accueillent chacun un maximum de deux périphériques : l'un en maître, l'autre en esclave. La longueur maximum de chaque cable est de 46 cm.

L'interface IDE existe sous différents protocoles :

On peut noter que les lecteurs/graveurs de CD/DVD utilisent l'interface ATAPI (ATA Packet Interface) qui est une normalisation de la norme ATA pour les CD/DVD.


Révision PIO 3 PIO 4 Ultra DMA
ATA 33 		Ultra DMA
ATA 66 		Ultra DMA
ATA 100 		Ultra DMA
ATA 133
Apparition 1993 1994 1997 1999 2000 2001
Bande passante(Mo/s) 13,3 16,6 33 66 100 133

d) L'interface SATA

Le bus SATA vise à remplacer le bus IDE (PATA) en apportant deux améliorations :

La connectique est donc moins volumineuse.


Connectique IDE et SATA

Révision SATA 1 SATA 2 SATA 3
Apparition 2002 2005 Mai 2009
Vitess de
transfert (Mo/s) 		150 300 600


e) L'interface SCSI

L'interface SCSI a été crée en 1986. Dans sa version SCSI 1, elle était composée d'un bus de 8 bits fonctionnant à 4 Mhz, soit une bande passante de 4 Mo/s. Elle a par la suite été améliorée en 1994 (SCSI-2), puis SCSI-3 pour atteindre 320 Mo/s.

L'intérêt de l'interface SCSI est triple :

Son principal défaut est son prix. L'interface SCSI est fiable et chère, elle est donc réservée à des machines haut de gamme de type serveur.

En outre les disques durs SCSI sont relativement chers. Cela est dû en partie à la vitesse de rotation des disques SCSI qui est de 10000 à 15000 tr/min, alors que celle des disques IDE est de 7200 tr/min. Pour information en juillet 2006 (Prix Rue du commerce):


Organisation du Bus SCSI

Version SCSI 1 SCSI 2 SCSI 2 SCSI 3 SCSI 3 SCSI 3 SCSI 3
Dénomination SCSI Fast Wide Ultra Ultra 3 Ultra 160 Ultra 320
Larbeur (bits) 8 8 16 8 8 16 16
Fréquence (Mhz) 4,77 10 10 20 80 80 80 DDR
Bande passante (Mo/s) 5 10 20 20 80 160 320
Maximum de
Périphériques 		7 7 15 7 15 15 15


Liens sur le SCSI :

f) Le PCI-Express

Le nouveau bus PCI Express vise à remplacer les bus PCI et AGP. Il s'agit d'un bus série qui est au PCI ce que le Sérial ATA est au Parallel ATA. On dispose donc d'une version dite 1X consistant en une seule ligne d'un bit bidirectionnelle fonctionnant en point à point. On peut ensuite combiner plusieurs lignes.




Type de bus Largeur Fréquence B.P. Broches
PCI 32 bits 33 Mhz 133 Mo/s 49
PCI 64 bits 66 Mhz 533 Mo/s 102
PCI-X 64 bits 100 Mhz 800 Mo/s 102
PCI-X 64 bits 133 Mhz 1 Go/s 102
PCI Express 1X 1 bit 2,5 Ghz 500 Mo/s 8
PCI Express 2X 2 bits 2,5 Ghz 1000 Mo/s ?
PCI Express 4X 4 bits 2,5 Ghz 2 Go/s 20
PCI Express 8X 8 bits 2,5 Ghz 4 Go/s 40
PCI Express 16X 16 bits 2,5 Ghz 8 Go/s 80

Le calcul de la bande passante d'un bus PCI Express nous permet de nous livrer à des calculs savants. Par exemple pour le PCI Express 16X :

La version 16X est dédiée aux cartes graphiques. Les avantages par rapport à l'AGP sont les suivants :

g) Bus USB (Universal Serial Bus


La spécification USB a été publiée en 1996. Plusieurs sociétés dont Compaq, Intel, IBM, Microsoft, NEC se sont regroupées afin de définir une nouvelle interface destinée à remplacer et unifier les différentes connexions bas débit : clavier, souris, imprimante...


L'USB est donc un bus série externe.

Dans sa version 1.0, l'USB possède une bande passante de 12 Mbits/s (1,5 Mo/s) ce qui est suffisant pour les périphériques cités précédemment. Il permet de connecter jusqu'à 127 périphériques.

La norme USB 2.0 (2001) permet d'atteindre 480 Mbits/s soit 60 Mo/s. On a donc vu l'apparition d'autres périphériques dotés d'une interface USB (Lecteurs ZIP, disques durs externes, graveurs CD/DVD externes, scanner).

La norme USB 3.0 (2009-10) est rétro-compatible avec l’USB 2.0, avec un débit théorique de 4.8 Gb/s soit 600 Mo/s (400 Mo/s observés), l’USB 3.0 baptisé Superspeed devrait arriver courant Janvier 2010.

Le bus USB est destiné à remplacer les bus série/parallèle. Il possède l'avantage de supporter le mode Hot Plug and Play permettant de brancher et débrancher les périphériques lorsque l'ordinateur est en fonctionnement.

Norme Dénomination Vitesse (Mo/s) Longueur câble
1.0 Low Speed 0,2 5 m
1.1 Full Speed 1,5 5 m
USB 2.0 High Speed 60 5 m
USB 3.0 SuperSpeed 600 3 m

h) Bus FireWire (IEEE 1394)

Le bus FireWire (Apple) ou iLink (Sony) ou IEEE 1394 a été mis au point par Apple en 1995. Il s'agit d'un bus à haut débit ressemblant à l'USB et permetant de connecter jusqu'à 63 périphériques.

Il a été conçu principalement pour les périphériques multimedia à haut débit : caméras, camescopes, synthétiseurs audio, scanners et imprimantes professionnelles.

Initialement doté d'une bande passante de 50 Mo/s (400 Mbits/s), une révision (IEEE 1394b) a permis d'atteindre 100 Mo/s (800 Mbits/s).

La norme 1394b ou FireWire 800 a été introduite à partir de 2003 mais ne devrait être adoptée qu'à la fin 2008, elle autorise un débit de 3200 Mbits/s, soit 400 Mo/s

i) Wifi et Bluetooth

A la base, la communication sans fil était destinée à la connexion des périphériques (clavier, souris,...) afin d'éviter l'enchevêtrement de fils ce qui n'est pas toujours esthétique. C'est dans cette optique que le protocole BlueTooth a été développé par la société Ericsson. Il utilise une bande de fréquence de 2,4 Ghz offrant un débit de 721 kbits/s) pour une portée d'une dizaine de mètres.

Il est cependant apparu à ceux qui se sont frottés à la technologie sans fil que l'on pouvait utiliser également les ondes radio afin de faire communiquer non pas seulement des périphériques avec une unité centrale, mais également de faire communiquer des ordinateurs entre eux. On parle alors de Wireless Fidelity Network ou Wi-Fi

L'année 2002 a vu l'arrivée de la norme 802.11b permettant la connexion de réseaux sans fils. IEEE 802.11b ou WiFi (Wireless Fidelity) est une technologie de réseau local sans fil WLAN (Wireless LAN).

La norme 802.11 regroupe de nombreuses normes, dont en particulier :

L'intérêt de la technologie sans fil est la possibilité de créer un PAN (Personal Area Network) ou réseau de machines, que ce soit dans le cadre d'une entreprise ou à la maison. Il est alors possible de partager une imprimante ou une connexion à internet, d'échanger de gros fichiers, de jouer à plusieurs.


  WiFi
BlueTooth
Bande de fréquence 2,4 Ghz 2,4 Ghz
Débit (bande passante) 11, 54 Mbits/s 1 Mbits/s
Portée 100 m 10 m
Avantages BP importante faible consommation
facile à utiliser
moins cher
Comparaison WiFi - BlueTooth


En savoir plus : lien PPC/Tomshardware

Exercices

Exercices d'entraînement

Exercice 1 : calculer la bande passante des bus suivants :

Exercice 2 : calculer la bande passante des bus suivants :

Exercice 3 : classer par ordre croissant des vitesses de transfert les différentes interfaces vues précédemment (penser à utiliser éventuellement un tableur pour simplifier le travail).

Exercice 4 : dresser un tableau comparatif qui pour chaque type de périphérique (disque dur, CD/DVD, imprimante, scanner, ...) indique quelles interfaces sont susceptibles d'être utilisées et quels sont leurs taux de transfert.