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1
2009/2010
Informatique dinstrumentation
Répartition horaire 
4 h
cours 
8 h
TD 
14 h
TP 

• Auteurs du document 
•      Myriam Chesneau

• Responsable du document 
•      idem

• Intervenants
•      André Betemps
• Myriam Chesneau
• Laurent Goujon
•      

Dernière mise à jour  16/10/2009
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INFORMATIQUE DINSTRUMENTATION

• Les chapitres du cours
• CH 1 Contrôle dinstruments à distance
• CH 2 Architecture dun ordinateur
• CH 3 Mémoires
• CH 4 Fichier Gestion des entrées-sorties
• Les compléments de cours (thèmes abordés en TD et
  TP)
• CH 5 Programmation par événements sous LabVIEW
• CH 6 Protocoles réseau.

3
CH 1 CONTRÔLE DINSTRUMENTS

• Un instrument de mesures peut-être piloté par
  ordinateur
• il est configuré par programme
• il renvoie les résultats de mesures à
  lordinateur
• Les deux standards de communication utilisés
  actuellement sont
• la liaison GPIB
• la liaison RS 232
• Se développent également le contrôle via
• lUSB et
• lEthernet

4
Commandes et résultats sont codés sous forme de
caractères
Commandes des appareils
Résultats de mesures
INSTRUMENT appareil de mesure (ou source de
signal) muni dun circuit dinterface lui
permettant dêtre contrôlé par ordinateur.
5
1. Aspect matériel
Connecteurs GPIB

• 1.1 Cas de la liaison GPIB

Instrument GPIB
Câble GPIB
Nécessité dajouter une carte dinterface GPIB
interne, enfichable , ou un convertisseur externe
GPIB-USB.
6

• GPIB General Purpose Intrumentation Bus
• Liaison conçue pour le contrôle dinstruments,
  initialement créée par Hewlett Packard sous le
  nom de HPIB.
• Normalisée au niveau mécanique (câbles),
  électriques (signaux) et fonctionnelle
  (communication - programmation ) par la norme
  IEEE 488.1 et le driver IEEE 488.2
• Mise en œuvre facile, coût élevé.

7

• Caractéristiques
• liaison parallèle les 8 bits dun caractère
  sont envoyés simultanément
• plusieurs appareils communiquent avec la même
  interface GPIB  
• chaque appareil possède une adresse, modifiable
  par lutilisateur ( ? 0 !!!)
• 1 seul connecteur 24 broches mâle et femelle (8
  lignes de données, 8 lignes de contrôle et 8
  lignes de masse)
• toutes les connexions sont possibles entre
  lordinateur et les appareils  linéaire, étoile,
  mixte.
• utilisation de niveaux TTL en logique négative
• moins de 4 m entre deux appareils et moins de 2 m
  en moyenne
• longueur de câble totale inférieure à 20 m
• au plus 15 appareils, et plus de 2/3 sous tension

8

• 1.2 Cas de la liaison RS-232 (449, 422, 423)

Instrument RS 232
Câble RS 232
Port série disponible sur lordinateur, pas de
carte ou dadaptateur à ajouter. Utilisation dun
port par instrument.
9

• Liaison conçue pour la communication entre
  ordinateurs,  détournée  pour le contrôle
  dinstruments.
• Norme moins précise que lIEEE 488 Nécessité de
  paramétrer la liaison et de choisir le  bon 
  câble.
• Mise en œuvre parfois difficile (câblage,
  protocole)mais économique.
• Caractéristiques
• liaison série les 7 ou 8 bits dun caractère
  sont envoyés bit par bit
• Fonctionnement par port 1 port série par
  instrument

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• Coexistence de deux prises DB9 et DB 25, et de
  nombreux câblages possibles entres les broches de
  ces prises nécessité de connaître le câblage
  adapté à linstrument
• Liaison à 2 fils masse au minimum, nombreuses
  autres possibilités utilisant jusquà 9 fils
• Logique négative
• 0 ? 5 V  25 V Typ  12 V 1 ? - 25 V 
  - 5 V Typ  - 12 V
• Environ 15 m de câbles maximum (plus pour la
  liaisons RS-422, 423 et 449)

11

• Paramétrage
• Le caractère est codé sur 7 ou 8 bits et est
  accompagné de
• 1 bit de départ (start)
• 1 ou 2 bits darrêt (stop)
• 1 bit de parité éventuel
• Dans un protocole à parité paire (impaire), le
  bit de parité est positionné ou non pour que
  le  nombre total de bits du caractère à 1  soit
  pair (impaire).
• La vitesse de transmission est le nombre de bits
  transmis par seconde, elle sexprime en bauds.
  Valeurs normalisées  de 300 à 38 400 bauds.

12

• Exemple
• codage du caractère  m  sur 7 bits, parité
  impaire , 2 stop bit.
• Bit de départ 0
• Codage du caractère  m  110 1101 sur 7 bits
  ( 6D )
• Bit de parité 0, parité impaire
• 2 stop bits 1

lsb
0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1
13

• Le contrôle de flux (handshake) peut-être géré
• par des lignes de la liaison (RTS CTS ou DSR
  DTR)
• par programmation (XON XOFF)
• ou ne pas être géré.
• Les protocoles des deux appareils doivent être
  identiques pour une transmission efficace.

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2. Caractéristiques dun instrument

• 2.1 Adresse
• Pour être reconnu sur un bus dinstrumentation,
  un instrument possède une adresse.
• Le µo sadresse par exemple à  Carte GPIB 0
  Instrument 10 
• Dans le cas dune communication par port, il ny
  a pas dadresse, chaque instrument est sur un
  port.
• Le µo sadresse par exemple à  Port série 1
  Instrument  

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• 2.2 Instructions de programmation
• Les informations sont échangées entre µo et
  appareil sous forme de
• messages codés en caractères ASCII.
• Le µo peut envoyer des commandes à tout moment
  opération décriture.
• Linstrument envoie des résultats si
• on lui demande ( ex  IDN?  quel est ton
  nom)
• le µP vient lire le résultat (opération de
  lecture)

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• Langage
• Langage commun proposé en 1992  Standard
  Commands for Programmable Instruments SCPI Le
  SCPI permet de changer dinstrument sans modifier
  le programme. Ex  FREQ 5000 (9 caractères dont
  un blanc, codés ASCII)
• règle à 5000 Hz la fréquence du signal
  dun GBF (SCPI)
• Coexistence dinstruction spécifiques à chaque
  marque ou instrument Ex  MEAS  VOLT  DC ?
• demande une mesure de tension continue
  à un multimètre (non SCPI)

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• 2.3 Format des données
• Chaque instrument renvoie ses résultats sous
  forme dune chaîne de caractères.
• Le format des résultats numériques est propre à
  chaque appareil.
• Exemple (multimètre Agilent 34401A )

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• Résultat dune mesure unique en liaison GPIB
  chaîne de 15 caractères codés sur 8 bits
• SD.DDDDDDDDESDD 1.12345678E-03
• Pour traiter ces données ( calculs, affichage),
  il faut transformer la chaîne de caractères en
  nombre réel voir TP.

19
3. Programmation

• 3.1 Niveaux de programmation
• Il existe plusieurs niveaux de programmation des
  instruments
• VI Bas niveau, programmation spécifique pour RS
  232 ou GPIB
• VI VISA Virtual Instrument Software
  Architecture, VI décriture et de lecture commun
  aux 2 liaisons
• VI driver dinstruments VI fourni par le
  constructeur de linstrument pour un pilotage
  aisé sous LabVIEW, à rechercher sur le site de
  National Instrument ou du constructeur, ou
  directement sous LAbVIEW

20
(No Transcript)
21

• Nous utiliserons
• Un VI  bas niveau  pour initialiser la liaison
  Série ou GPIB Initialisation dun port série
  RS 232 et détermination du protocole
  Initialisation dun périphérique GPIB

22

• Des V.I Visa pour la communication, quelle que
  soit la liaison Ecriture dune commande (
  chaîne de caractères) Rq Une chaîne
  de caractères se termine par deux caractères
  spéciaux pour la liaison RS 232. Lecture dun
  résultat (chaîne de caractères)

23

• 3.2 Étapes de programmation
• Pour une programmation efficace (et
  professionnelle) dun instrument à distance, il
  faut respecter certaines étapes
• 1.Le placer dans un état connu, unique et
  identifié létat à la mise sous-tension, prévu
  par le constructeur.
• Rq Par défaut, un appareil Agilent se met,
  à la mise sous tension, dans létat appelé  état
  à la mise sous tension et à la réinitialisation 
• Sur certains appareils Agilent, on peut activer
  une option qui force lappareil à se mettre dans
  les mêmes conditions que lors de la dernière mise
  hors-tension. Il faut alors demander
  explicitement, par une commande appropriée
  (RST), à revenir à létat initial, pour
  connaître parfaitement létat de départ de
  linstrument, et le rendre ainsi interchangeable.

24

• EX
• Multimètre 34401 A est initialisé pour mesurer
  une continuité (circuit ouvert ou fermé), il
  considère un circuit fermé si la résistance entre
  les deux points de mesure est inférieur à 10 ?
  Ladresse de linstrument utilisé en GPIB est
  22, langage SCPI, utilisé avec une liaison série,
  le débit est fixé à 9600 bauds, les caractères
  sont codés sur 7 bits avec un bit de parité
  paire.

25

• 2.Effacer tous les registres précédemment
  utilisés, en particulier celui qui mémorise les
  erreurs. ( CLS)
• 3.Configurer linstrument par modification des
  paramètres qui diffèrent de ceux par défaut
  (après la réinitialisation).
• Dans le cas dun appareil de mesure
• 4.Préciser les conditions qui déclenchent une
  mesure. Rq certaines instructions effectuent
  en même temps la configuration et le
  déclenchement.
• 5.Lire la mesure, cest-à-dire la transférer de
  la mémoire de linstrument vers celle de
  lordinateur.
• 6.Traiter les données, cest-à-dire dans un
  premier temps transformer la chaîne de caractères
  en un nombre réel.

26
4. Évolutions en contrôle dinstrument

• Il existe actuellement plus de 10 millions
  dinstruments GPIB
• LEthernet ( Local Area Network LAN)
• Les appareils de mesure possédant une interface
  réseau peuvent être branchés sur un réseau local.
  Une adresse IP est affectée à chaque appareil, et
  le contrôle à distance se fait par réseau.
• Avantages
• ce type de réseau est déjà présent dans
  lentreprise,
• la passerelle vers internet existe en général
• cest une solution peu couteuse
• Inconvénients
• cette solution nécessite quelques connaissance en
  réseau ( masque, adresse IP)
• elle nest pas spécifique au test et à la mesure

27

• LUSB
• Les appareils de mesure possédant une interface
  USB peuvent être branchés sur un port USB et être
  contrôlés comme un appareil interfacé GPIB ou
  RS-232.
• Avantages
• ce type de port est présent sur les PC, et
  remplace le RS-232
• cest une solution peu couteuse
• Inconvénients
• cette solution nest pas spécifique au test et à
  la mesure

28
CH 2. ARCHITECTURE ET COMPOSANTSDUN ORDINATEUR

• Présentation générale des composants principaux
  dun micro-ordinateur type.
• Ordinateur
• Computer ? calculateur  (traduction littérale
  du mot anglais )
• ?ordinateur adjectif provenant du Littré
  signifiant
•  Dieux mettant de l'ordre dans le monde .

29
Ordinateur et périphériques

• 1.1 Organisation
• Les principaux éléments fonctionnels dun
  ordinateur sont
• Le microprocesseur (3)
• La mémoire centrale (5)
• Les périphériques et leur système dinterface (1,
  6, 8, 9, 10, 11)

30
Microprocesseur
Horloge
bus
bus
Chipsets
Mémoire centrale
Périphériques
31

• Le boîtier comprend essentiellement
• La carte mère (2) munie déventuelles cartes
  dinterface pour périphériques (6)
• Le bloc dalimentation (7)
• Certains périphériques de stockage
  périphériques internes (8, 9)

32

• 1.2 La carte mère
• La carte mère est un circuit imprimé qui supporte
  et interconnecte les composants électroniques de
  lordinateur
• Le microprocesseur (socket) A
• La mémoire centrale (et dautres mémoires) B
• Les chipsets C
• Les bus internes (ISA, PCI, FireWire, AGP, PCI
  Express) D
• Différents connecteurs - pour les
  périphériques internes (lecteur de disque)
  E - pour les périphériques externes (USB,
  FireWire, PS2) F - pour les cartes
  dextension (graphique, dacquisition) D -
  pour les alimentations G
• Certains périphériques (carte son, modem)

33
F
Connecteurs de la carte mère
D
Source Intel Desktop Board D975XBX2
Technical Product Specification
C
B
E
E
G
E
E
34
(No Transcript)
35

• 1.3 Les connecteurs
• Linterconnexion des composants est donc réalisée
  grâce à des connecteurs présents
• Sur le boîtier (face arrière et avant côté sur
  les portables)
• Sur la carte mère
• A PS/2 mouse port, B PS/2 keyboard port, C Serial
  port A, D Parallel port, E Digital audio out
  coaxial, F IEEE-1394a connector, G USB ports
  (four), H LAN, I Center channel and LFE
  (subwoofer) audio out/ Retasking Jack G, J
  Surround left/right channel audio out/Retasking
  Jack H, K Audio line in/Retasking, Jack C, L
  Digital audio out optical, M Mic in/Retasking
  Jack B, N Front left/right channel audio out/Two,
  channel audio line out/Retasking Jack D

Source Intel Desktop Board D975XBX2
Technical Product Specification
36
2. Microprocesseur et mémoire

• 2.1 Microprocesseur
• Le µP exécute les instructions élémentaires des
  programmes situés en mémoire centrale
• Chargement de linstruction lue en mémoire
• Décodage grâce à un jeu dinstructions
• Exécution
• Les principaux éléments du µP sont
• Lunité de commande, qui lit et décode
  linstruction
• Lunité arithmétique et logique qui effectue les
  calculs (UAL)
• Les registres petites mémoires à accès très
  rapides qui permettent le stockage temporaire des
  données et instructions en cours dexécution.

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• Le µP est caractérisé par
• La cadence à laquelle il exécute les instructions
  sa fréquence dhorloge (en simplifiant à
  lextrême, un µP 1 GHz effectue 1 milliard
  dopérations par secondes)
• La puissance dissipée
• Son architecture interne, avec un développement
  vers les architectures multi-cœurs depuis
  quelques années
• Le µP est associé à une petite mémoire
  ultra-rapide et très proche de lunité de
  commande qui permet daccélérer les échanges
  entre µP et mémoire centrale (voir cours sur les
  mémoires) la ou les mémoires caches.
• La tendance actuelle est à une augmentation de la
  taille des caches (voir 4.3 évolution.)

Mémoire centrale
Microprocesseur
Mémoires caches
38

• Le µP rayonne thermiquement, il ne peut
  fonctionner sans un ventilateur et un dissipateur
  thermique (radiateur).
• Le µP est inséré dans un connecteur de type
  horizontal (socket) ou vertical (slot).
• Les deux principaux fondeurs sont Intel et AMD

39

• (Données janvier 2008 deux produits parmi de
  nombreuses offres)

40

• 2.2 Mémoire centrale
• Elle est également appelée mémoire principale,
  mémoire vive, mémoire interne, RAM (Random Access
  Memory).
• Les programmes utilisés et les données en cours
  de traitement sont stockés en mémoire centrale.
  Le µP lit et écrit dans cette mémoire
• A chaque fois que lordinateur est éteint, les
  données sont perdues mémoire volatile.
• Chaque cellule mémoire comporte plusieurs bits
  un mot mémoire.
• Chaque mot possède une adresse codée en binaire.
• Un adresse codée sur m bits permet dadresser 2m
  mots mémoire.

41

• Exemple
• Une mémoire comportant des mots de 32 bits
  adressée sur 16 bits comporte
• 216 ? 32 bits 216 ? 4 octets 65 536 4 262
  144 octets.
• Remarque
• Le bus de communication entre le µP et la mémoire
  comporte donc des lignes pour les données et des
  lignes pour les adresses.
• Les autres caractéristiques de la mémoire
  centrale seront étudiées dans le chapitre sur les
  mémoires.

42
3. Périphériques

• 3.1 Périphériques et interfaces
• Les périphériques utilisables avec un ordinateurs
  sont très nombreux, plus ou moins indispensables
  écran clavier souris plaque chauffante USB
  pour maintenir sa tasse de café au chaud

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• Les circuits périphériques peuvent se trouver
• à lextérieur du boîtier clavier, souris,
  écran
• dans le boîtier disque dur, lecteur graveur
  de CD ou DVD
• Les périphériques sont interfacés avec le µP par
• un circuit spécialisé, inclus dans le
  périphérique ou
• des circuits ou une carte externe au
  périphérique, située dans le boîtier, ou
• des circuits dinterface situés sur la carte
  mère.
• un mélange
• Selon le périphérique, on parle de contrôleur, de
  carte, dadaptateur, de circuit dinterface, de
  carte dinterface
• Au niveau du langage, on utilise parfois le terme
  périphérique pour nommer
• le circuit dinterface ou encore
• lensemble (périphérique interface) ce que je
  fais par la suite dans ce chapitre

44
Instrument de mesure
Carte GPIB
Ecran
Carte graphique
Mémoire centrale
Microprocesseur
Haut parleur
Carte son
Process
Carte d'acquisition
Micro
Périphériques avec carte dinterface
45

• 3.2 Interconnexion bus et ponts
• Les composants (µP, mémoire) et les périphériques
  sont interconnectés par des bus ensemble de
  lignes électriques (fils ou pistes).
• Rappel
• Toute information est codée sous forme binaire
  par un ensemble de 0 et 1
• Une ligne dun bus transporte un bit
  dinformation, matérialisé par une tension
  pouvant prendre uniquement deux valeurs.
• Un bus est caractérisé par
• Sa largeur nombre de bits quil peut
  transmettre simultanément
• Sa fréquence nombre de données envoyés par
  seconde
• Exemple un bus de largeur 16 bits, de fréquence
  133 MHz a un débit ou bande passante de 16 133
  106 2128 106 bits/secondes 266 Mo/s.

46

• Les échanges de données sont orchestrés par des
  circuits appelés contrôleurs de bus, ponts, ou
  encore chipsets les  super contrôleurs
  dentrée-sorties 

47

• 3.3 Évolution des architectures
• Larchitecture des PC est constamment en
  évolution, notamment au niveau des bus et ponts
  utilisés.
• Voici le principaux bus qui ont été, seuls ou
  non, utilisés pour gérer les périphériques
• Bus ISA 1981
• Bus ISA (pont sud) Bus PCI 1992 (pont nord)
• Bus AGP 1997 (Graphique) Bus ATA (Disque) Bus
  PCI (USB, SCSI)
• PCI Express 2002
• Que le PCI Express???

48
Ecran
CARTE GRAPHIQUE
bus AGP
Pont Mémoire E/S
Microprocesseur Cache L1 Cache L2
Mémoire centrale
bus mémoire
Bus local
Connecteurs pour carte PCI
bus PCI
bus IDE ATA ou SATA
SCSI
USB
Contrôleur de disque
Disque dur
Lecteur graveur DVD
Configuration type 2000
49

• Evolutions en cours
• Les périphériques rapides sont de plus en plus
  nombreux et ne peuvent être tous connectés en
  direct sur le pont.
• Un nouveau bus PCI-Express remplace le bus AGP,
  et est amené à remplacer le bus PCI.
• Ce bus se généralise pour connecter tous les
  périphériques. Le pont est alors doté dun
  commutateur relié à chaque périphérique.
• Larchitecture ressemble à un réseau, les données
  sont transmises par paquets (en-tête données)
  comme sur un réseau.

Intel Core i7-950 Processor (8M Cache, 3.06
GHz, 4.80 GT/s Intel QPI)
50

• 3.4 Caractéristiques de quelques bus

BUS / PORT exemples Largeur (bits) Fréquence (MHz) Bande Passante (Mo/s) Rôle
AGP 8X PCI Express 1X PCI Express 32X 32 1 533 2000 64 000 250 Mo/s 8 Go/s Cartes graphiques Devrait remplacer tous les autres bus /port
IDE-ATA 133 Serial ATA 1 SCSI Ultra4 16 1 16 66 180 80 320 Disques durs / graveur lecteur CD
PCI (32 bits) 32 33 Carte dextension son, réseau, modem, acquisition
USB 2 1 480 Périphériques lents
FireWire 1 800 Périphériques vidéo
Port série 1 Anciens périphériques appareils de mesures, modems
Port parallèle 8 Anciens périphériques scanner, imprimante
51
4. Complément et conclusion

• 4.1 Matériel et logiciel !
• Au démarrage, la machine a besoin dinstructions
  pour pouvoir
• établir le dialogue avec lutilisateur via les
  périphériques de communication (clavier, écran,
  souris)
• gérer la mémoire centrale
• Les instructions de base sont stockées sur une
  mémoire permanente (non-volatile ROM) sur la
  carte mère le Basic Input Output System BIOS.
• Ces instructions permettent également de se
  brancher sur le disque dur pour lancer le
  chargement du système dexploitation.
• Le système dexploitation est un programme
  dinterface, qui permet le fonctionnement de base
  de lordinateur ( interprétation des commandes
  clavier, souris)
• Il existe actuellement deux choix pour un
  micro-ordinateur Windows et Linux.

52

• 4.2 Micro-ordinateur et grappes
• Micro-ordinateurs
• On a parlé uniquement dans ce cours des
  micro-ordinateur de type PC.
• Les micro-ordinateur de type Macintosh ont une
  architecture et des fonctions similaires. Les
  ordinateurs de poche et les assistants personnels
  (PDA) sont encore basés sur la même architecture,
  mais tout y est plus petit.
• Serveurs
• Les serveurs sont des ordinateurs  dopés 
  plus rapide, avec plus de mémoire, un disque plus
  gros, une connexion à très haut débit avec le
  réseau. Un serveur peut comporter plusieurs
  processeurs.
• Cluster - Grappes
• La solution actuelle pour multiplier vitesse et
  puissance de calcul est la connexion
  dordinateurs de type PC, par un réseau haut
  débit les clusters ou grappes de stations de
  travail. Les gros serveurs Internet sont
  également des clusters de serveurs. Les
  super-ordinateurs sont remplacés par des
  clusters.

53

• 4.3 Évolution des microprocesseurs
• Cache
• Les performances des processeurs augmentent plus
  vite que la rapidité des accès mémoires. Ceci
  explique laugmentation des tailles des mémoires
  caches.
• Fréquence
• La consommation dynamique des microprocesseurs
  est dautant plus forte que la fréquence de
  travail est élevée (et que la tension
  dalimentation est élevée). La course aux
  fréquences élevées est actuellement arrêtée car,
  avec les moyens classiques, le refroidissement ne
  peut plus être amélioré.
• Intégration
• La consommation statique augmente avec les
  technologies CMOS avancées (lt 90 nm) les
  fils (traits) qui constituent les circuits du
  µP sont fins et proches et des courants de fuite
  apparaissent.

54

• Les architectures parallèles sont devenues la
  norme dans les PC
• Pour augmenter les performances des processeurs
  sans augmenter la puissance dissipée, la solution
  du parallélisme déjà utilisée dans les
  superordinateurs de calculs est maintenant
  adoptée pour tous les micro-ordinateurs.
• Plusieurs cœurs travaillent simultanément au
  sein dune même puce. Chaque cœur doit donc
  posséder une architecture plus simple pour une
  meilleure gestion de sa consommation ce qui
  conduit à un réagencement des fonctions au sein
  de la puce.

55

• Electronique International / extraits des
  newslettersle 24/9/2009 à 13h48
• Un quadricoeur pour les PC portables !
• Ce processeur dIntel consomme nettement moins
  que son homologue dédié aux PC de bureau.
• Intel a profité de son forum des développeurs
  (IDF) qui se tient cette semaine à San Francisco
  pour y présenter ce quil considère comme le
  processeur pour PC mobile le plus puissant jamais
  réalisé. Ce circuit quadricœur de la famille
  Core i7 en reprend larchitecture Nehalem déjà à
  lœuvre dans les processeurs pour PC de bureau
  tout en en abaissant significativement la
  consommation. Il peut fonctionner à une fréquence
  de 3 GHz.

56
CH 3.MEMOIRES

• Présentation des mémoires utilisées par un
  micro-ordinateur
• TDK dévoile un prototype de disque optique de
  320 Go
• Le disque inscriptible une fois stocke les
  données sur dix couches.
• Pierrick Arlot, Electronique International, le
  02/10/2009 à 12h09
• A loccasion du salon japonais CEATEC, qui se
  tient du 6 au 10 octobre à Chiba, TDK présentera
  un prototype de disque optique dune capacité
  totale de 320 Go répartie sur dix couches, contre
  50 Go sur deux couches pour les DVD Blu-ray
  actuels. Les données sur le disque peuvent y être
  gravées et lues via un laser bleu-violet à la
  longueur donde de 405 nm et douverture
  numérique 0,85, caractéristiques similaires à
  celui utilisé dans les lecteurs Blu-ray. En 2006,
  TDK avait fabriqué un prototype de disque optique
  six couches de 200 Go de capacité totale.

57
Généralités

• Une mémoire est un dispositif capable
• denregistrer linformation,
• de la conserver ( ou longtemps),
• de la restituer à la demande
• Un micro-ordinateur utilise
• des mémoires de travail, proches du
  microprocesseur, pour mémoriser programmes et
  données, de manière temporaire (ou permanente)
• des mémoires de masse, éléments périphériques,
  pour sauver de manière permanente de grandes
  quantités de données.
• des mémoires tertiaires pour archiver des données
  bandes, jukebox à disque optiques. Ce sont des
  mémoires peu chère, très lentes, non étudiées
  ici.

58
(No Transcript)
59

• Une mémoire est caractérisée par
• sa capacité exprimée en octets Ex Disque dur
  de 40 Go
• son temps daccès nécessaire pour effectuer une
  opération de lecture ou décriture Ex mémoire
  Flash 10 ms
• son débit nombre dinformations lues ou écrites
  par seconde, exprimé en octets par seconde. Ex
  1 à 8 Mo/s pour un CD.

60

• Une mémoire peut être
• volatile les informations stockées sont perdues
  à chaque coupure dalimentation, ou
• non-volatile
• à accès direct on accède directement à une
  information stockée en connaissant son adresse,
  on parle aussi de mémoire à accès aléatoire (RAM)
  ou
• à accès séquentiel on accède à une information
  après avoir parcouru toutes celles qui la
  précède, ou encore à accès semi-séquentiel (voir
  disque dur).
• Enfin, le coût par bit dune mémoire et son
  encombrement sont des éléments importants.

61
2. Mémoires de travail

• Ce sont des mémoires électroniques à semi
  conducteurs.
• On distingue
• Les RWM Read Wrire Memory, dans lesquelles on
  peut écrire ou lire une information. On les
  appelle RAM, car elles sont à accès aléatoire et
  pour des raisons historiques.
• Les ROM Read Only Memory dans lesquelles
  linformation est stockée à la fabrication on
  peut lire linformation, lécriture est
  impossible, ou sous des conditions bien
  spécifiques.

62

• 2.1 Description
• Les registres sont de petites zones mémoire
  intégrées au µP, constituées de bascules, daccès
  extrêmement rapide.
• Chaque registre ( 1 ou 2 octets) est destiné à
  une utilisation particulière.
• La mémoire cache est une mémoire tampon placée
  entre le µP et la mémoire centrale pour accélérer
  les échanges.
• La mémoire cache permet de stocker temporairement
  des instructions et données (cache I et cache D)
  qui ont toutes les chances dêtre appelées par le
  µP, quand le µP les demande, elles sont daccès
  rapide quen mémoire centrale. Elle permet
  dadapter le débit des instructions et des
  données à la vitesse de fonctionnement du
  processeur.

63

• La mémoire centrale
• Cest la mémoire principale de lordinateur (
  voir ch 2)
• Des modules de circuits mémoires sont disponibles
  (SIMM puis DIMM) pour être enfichés sur la carte
  mère en complément de la mémoire existante ( cf
  TD).
• La mémoire morte contient des informations
  permanentes nécessaires au démarrage de
  lordinateur (de en remplacée par de la
  mémoire flash)

64

• 2.2 Technologie
• Les registres sont constitués de transistors
  agencés en bascules.
• La mémoire cache est réalisée en RAM statique
  SRAM. ( statique pas besoin derafraîchir)
• Un bit en mémorisé en sortie dune bascule.
• Chaque bascule est composée de deux portes (NOR),
  chacune réalisée à partir de deux transistors, en
  technologie bipolaire ou MOS. Chaque bit mémoire
  utilise donc 4 transistors (ou 6).
• La mémoire centrale est réalisée en RAM dynamique
  (DRAM par exemple SDRAM ou DDR2, DDR3)
• Un bit est mémorisé par la charge ou la décharge
  dun condensateur, à laide dun transistor, le
  tout en technologie MOS. Chaque point mémoire
  doit être régulièrement rafraîchi pour compenser
  la décharge du condensateur.

65

• La mémoire morte ROM (Read Only Memory)
• Un bit est matérialisé par un  interrupteur 
  ouvert ou fermé. Le choix (1 ou 0) est effectué
  par le constructeur grâce à un masque et est
  irréversible. Les composants sont en technologie
  MOS ou bipolaire.

66

• De la ROM à la Flash
• La mémoire PROM est une ROM programmable une
  seule fois par lutilisateur (interrupteur
  fusible, ouvert ou claqué).
• La mémoire EPROM est une PROM effaçable à laide
  dun faisceau UV.
• La mémoire EEPROM est une PROM effaçable
  électriquement.
• La mémoire Flash est une EEPROM, elle supporte
  100 000 effacements.
• Non volatile
• RWM ou Vive ( où lon peut écrire) et non ROM !
• Prix de revient en baisse, utilisation également
  en mémoire de masse clef USB

67

• 2.3 Quelques propriétés et ordres de grandeur

Registre Mémoire cache Mémoire centrale Mémoire morte
Type Bascules SRAM Statique DRAM Dynamique EEPROM / Flash
Capacité qq octets Mo Go qq 100 octets
Temps daccès 1 ns 5 ns 10 ns
Débit 5 à 10 Go/s 1 Go/s
Volatilité Oui Oui Oui Non / Pile
Rq Rapide Chère Volumineuse lente, moins chère, plus compacte que SRAM Pas Read Only !
68
3. MEMOIRES DE MASSE

• Ce sont des mémoires de stockage. Les données y
  sont stockées sous forme de fichiers (voir ch 4).
• Elles sont
• plus grandes, moins chères, plus lentes que la
  mémoire centrale (vive, RAM)
• permanentes linformation est conservée quand
  lordinateur est éteint.
• Les données à stocker sont codées de manière à
  utiliser au mieux le support.
• Chaque bit nest pas matérialisé, il existe des
  techniques plus performantes, matérialisant les
  transition 1-0 ou 0-1 au cours dune succession
  de bits.
• 3.1 Mémoire flash
• Mémoire de type électronique voir ROM du
  précédent

69

• 3.2 Disque dur
• Enregistrement magnétique
• Une couche de matériau ferromagnétique, composée
  de mini domaines magnétisables, est déposée sur
  un support rigide (aluminium).
• En écriture, la tête qui survole la piste est
  parcourue par un courant I ou I qui magnétise
  le domaine dans un sens ou dans lautre
• En lecture, un courant est induit dans la tête,
  dont le signe dépend de lorientation des
  domaines.
• Ce courant est très faible.
• Pour une meilleure détection, on utilise des
  têtes de lecture magnéto résistives on ne
  mesure plus le courant électrique induit par le
  champ magnétique mais la modification de
  résistance électrique (GMR découverte par
  Albert Fert et lAllemand Peter Grünberg prix
  Nobel Physique 2007)

70

• Quelques dimensions
• Distance tête de lecture-écriture, couche
  magnétique pour un disque dur 0,2 à 1 µm.
• (Cheveu 50 µm, empreinte digitale 5 µm)

71

• Le lecteur de disque dur contient, sous vide,
• Un empilement de plateaux rigides double-face
  avec tête de lecture écriture sur chaque face
  (jusquà 20 sur un serveur) Chaque plateau est
  divisé en cercles concentriques les pistes (de
  10 à 1000), chaque piste est divisée en secteurs
  ou blocs (4 à 64), un secteur permet de mémoriser
  32 à 4096 octets (512 en général).
• Un ensemble de têtes de lecture/écriture
  (peigne). Il ny a pas de contact tête plateau,
  la tête plane sur le plateau, elle est rétractée
  ou parquée à larrêt. Un cylindre est
  lensemble des pistes de même diamètre, un
  cylindre est lu sans déplacer le peigne de têtes.
• Un mécanisme asservi extrêmement précis
  (contrôleur).

72
(No Transcript)
73

• 3.3 Disques optiques
• Les informations binaires sont enregistrées le
  long dune spirale sur un support rigide de type
  disque.
• Les information sont transcrites en modifiant -
  ou non - une propriétés dun matériau déposé sur
  le disque .
• Un faisceau laser concentré éclaire chaque zone
  du matériau, la lumière est plus ou moins
  réfléchie selon que la propriété du matériau est
  ou nest pas modifiée. Le photo détecteur mesure
  donc deux luminosité différentes, correspondant
  aux deux informations binaires.

74
(No Transcript)
75

• CD-ROM (Read Only Memory)
• Mémoire de type ROM enregistrée en usine et
  non modifiable
• Des dépressions sont crées par moulage dans le
  polycarbonate les micro cuvettes ou pits. Les
  zones planes sont appelées lands.
• Chaque transition pit-land ou land-pit correspond
  à un  1 .

76

• A la lecture dun 0 , la lumière se réfléchit
  sur le disque et revient en éclairant
  uniformément le photo détecteur.
• A la lecture dun 1 , la lumière qui se
  réfléchit au fond de la cuvette interfère avec la
  lumière qui est tombée à coté de la cuvette. La
  profondeur dune cuvette étant de lordre de l/4,
  la différence de marche des deux faisceaux est de
  l/2 et linterférence est destructive. Le photo
  détecteur est toujours éclairé uniformément, mais
  avec une intensité beaucoup plus faible.

77

• CD-R (Read)
• Mémoire enregistrable une fois par lutilisateur.
• Une couche de matière colorée est présente entre
  le substrat et la surface réfléchissante le
  dye.
• Au départ, elle est transparente et laisse passer
  le rayon laser.
• A lécriture, le rayon laser est réglé sur une
  forte puissance il modifie en certains points
  la structure moléculaire du dye qui devient
  sombre.
• A la lecture, le photo détecteur distingue les
  zones sombres et les zones transparentes du dye.

78

• CD-RW
• Mémoire réinscriptible (Read and Write)
• La couche de matière colorée du CD-R est
  remplacée par un alliage dont les états amorphe
  et cristallin possèdent une réflectivité
  différente. (cristallin forte, amorphe faible)
• Le faisceau laser possède trois intensité
• Forte lalliage retourne dans son état amorphe
  ? effacement
• Moyenne lalliage passe dans son état
  cristallin, création de léquivalent des pits ?
  écriture
• Faible interprétation par le détecteur de la
  différence de réflectivité du laser ? lecture.

79

• DVD (Digital Versatile Disk)
• Les DVD sont des CD améliorés, on retrouve les
  mêmes familles (ROM, R, RW)
• Les micro cuvettes ou équivalents sont plus
  petits
• La spirale plus serrée, donc plus longue
• Le laser a une longueur donde plus faible (650
  nm contre 780 nm)
• Ainsi, la capacité dun DVD est 7 fois plus
  grande que celle dun CD 4,7 Go,
• Soit 133 minutes de vidéo compressée.

80

• En superposant deux couches, et en focalisant le
  laser sur lune ou lautre, on peut augmenter la
  capacité de stockage 8,5 Go
• Enfin, en collant dos à dos deux DVD, on peut
  encore augmenter la capacité 9,4 Go en simple
  couche et 17,7 en double face double couche.

Surface réfléchissante
Surface semi- réfléchissante
81
Schémas http//iram.fr/dumontro/doc/CD/techno/T
echno-optique.htm
82

• 3.4 Quelques propriétés et ordres de grandeur

Disque dur CD R CD RW DVD R DVD RW Flash
Type Magnétique Optique Optique EEPROM
Capacité 100 Go 650 Mo 4,7 Go à 17,7 Go qq Go
Temps daccès 10 ms 100 ms 100 ms 10 ms
Débit qq 10 à qq 100 Mo/s qq Mo/s qq Mo/s qq 10 Mo/s
Rq Fragile mécaniquement Un lecteur de CD 20X peut lire à une vitesse de 20X150 ko/s (taux du CD Audio) 3 Mo/s Un lecteur de CD 20X peut lire à une vitesse de 20X150 ko/s (taux du CD Audio) 3 Mo/s Peu consommatriceRobusteCompacte
83
CH 4FICHIERS GESTION DES ENTREES-SORTIES

• Stockage de résultats de mesure en mémoire
  fichiers
• Transferts de résultats de mesures en mémoire
  entrées-sorties

84
1. FICHIERS

• 1.1 Généralités
• Les données sont stockées sur les mémoires de
  masse (CD, disque dur, mémoire flash) sous forme
  de fichiers.
• Il existe différents types de fichiers adaptés au
  type dinformation stockée et au codage de cette
  information (codage règle utilisée pour
  convertir linformation en 0 et 1)

85

• Un fichier possède un nom et une extension
  permettant de reconnaître son type.
• Exemples dextensions
• .txt fichier texte
• .pdf format universel d'échange de document PDF
• .doc fichier pour le traitement de texte
  Microsoft Word
• .gif fichier image au format GIF
• .mp3 fichier audio MP3
• .xls tableau Microsoft Excel XLS
• .htm fichier HTML (ou .html)
• En informatique dinstrumentation, on est amené à
  stocker des valeurs numériques issues de
  léchantillonnage dun signal ( acquisition de
  données).
• Il existe deux formats principaux pour stocker
  une série de valeurs numériques les fichiers
  textes et les fichiers binaires.

86

• 1.2 Formats pour fichiers de mesures
• Fichier texte format ASCII (.txt ou .asc)
• Toutes les données, et en particulier les
  nombres, sont convertis en chaînes de caractères.
  
• Les informations contenues dans un tel fichier
  peuvent être consultées ou créées à partir d'un
  éditeur quelconque.
• Les informations de type mesures sont aisément
  transférables à des logiciels de calculs
  statistiques, des tableurs, ou bases de données.

87

• Fichier binaire format binaire (.bin)
• Les éléments sont représentés par leur code
  binaire comme en mémoire vive un entier de type
  int occupera 4 octets en mémoire.
• Les données ne peuvent être lues ou écrites que
  par programme. Ce format permet un stockage plus
  compact et plus rapide des données.
• Fichier tableur
• Il s'agit d'un stockage de type fichier texte,
  mais organisé de manière à être directement
  lisible par un logiciel de type tableur les
  nombres sont séparés par des caractères de saut
  de ligne ou de colonne.
• Dans la plupart des tableurs, des tabulations
  séparent les colonnes et des caractères de fin de
  ligne (EOL) séparent les lignes.

88

• Pour résumer,
• un fichier texte est "traduit" en langage
  intelligible
• un fichier binaire est stocké en langage "brut".
  
• Les opérations sur un fichier binaire sont donc
  beaucoup plus rapides que sur un fichier texte
  (transfert, accès direct possible).
• Ce type de fichier doit être préféré pour le
  traitement de grandes quantités de données.
• Les fichiers texte restent les plus courants.

89

• 1.3 Fichiers sous LabView
• Différents V.I permettent la création,
  louverture, lécriture ou la lecture, la
  fermeture de fichiers de type binaire ou texte.
• Se reporter aux exemples sous LabView.
• Exemple écrire dans un fichier binaire

90

• On est souvent amené à vouloir stocker (puis
  relire) un résultat de mesures disponible sous
  Labview sous forme dune Waveform.
• Plusieurs options sont possible pour le stockage
  (puis la récupération) de données Waveform
• utiliser les V.I d'écriture et de lecture de
  Waveform dans un fichier de type binaire seul
  Labview peut relire le fichier.
• utiliser les V.I de lecture et d'écriture de
  Tableaux dans des fichiers de type Tableur,
  après transformation de la Waveform en Tableau
  (X, Y) le fichier est directement exploitable
  sous Excel

91

• 1.4 Intérêt des fichiers exemple
• Traitement temps réel
• Utilisation dun fichier
• Pour stocker linformation
• Pour traiter linformation en temps différé
• Pour simuler des résultats de mesures et tester
  un traitement du signal

92
(No Transcript)
93
2. Transferts mémoire

• Comment un périphérique transfert-il ses données
  en mémoire ?
• Les principes décrits sont valables également
  pour le transfert de données de la mémoire vers
  un périphérique)

94

• Il existe trois techniques
• La scrutation (polling, entrées sortie
  programmées) le µP surveille constamment le
  périphérique
• Les interruptions le périphérique
   appelle  le µP quand il veut communiquer un
  résultat
• Laccès direct à la mémoire DMA ( direct memory
  access) le périphérique transfert
  directement ses données dans la mémoire, sans
  faire appel au µP, grâce à un circuit spécialisé.

95

• 2.1 Les entrées-sorties programmées
  (scrutation ou polling)

• Le périphérique positionne un indicateur (drapeau
  flag) lorsquil veut communiquer
• Le µP vérifie constamment létat de
  lindicateur, dans une boucle
• Le µP lit et sauve les données quand elles sont
  disponibles

96

• Cas dun CAN

µP
Mémoire centrale
Capteur conditionneur
Carte dacquisition CAN
97

• Avantage
• c'est simple le programme gère tout (technique
  synchrone)
• Inconvénient
• la scrutation consomme tout le temps du µP
• peu réactif lorsque plusieurs périphériques sont
  gérés par scrutation

98

• 2.2 Interruptions
• Le périphérique demande au µP d'arrêter sa tâche
  en cours grâce à une ligne spécialisée IRQ
  interrupt request
• Le µP sauvegarde le contexte
• Le µP traite l'interruption en exécutant des
  lignes de programme lecture et stockage des
  données
• Le µP récupère le contexte et continue sa tâche
  initiale

99

• Cas dun CAN

µP
Mémoire centrale
1
IRQ
Carte dacquisition CAN
Capteur conditionneur
100

• Avantage
• le programme utilisateur n'est arrêté que pendant
  le temps de transfert des informations
• Inconvénient
• utilisation d'une ligne (matérielle) de demande
  d'interruption pour chaque périphérique
• nécessité de gérer la priorité des interruptions
• temps de stockage / déstockage des adresses et
  valeurs en cours d'utilisation

101

• 2.3 Accès direct à la mémoire
• Le périphérique envoie une demande de DMA
  lorsquun paquet de données est prêt.
• Le µP envoie au circuit contrôleur de DMA
  ladresse mémoire de début des données, la
  longueur des données, le sens du transfert.
• Le contrôleur de DMA (inclus dans le chipset)
  gère alors léchange de données, directement du
  périphérique à la mémoire sans intervention du
  µP, avec priorité sur le bus.
• Cas dun CAN

µP
Mémoire centrale
1
2
DRQ / OK
Carte dacquisition CAN
Capteur conditionneur
102

• Avantage
• permet le transfert de grandes quantités de
  données (blocs) sans passer par le µP
• Inconvénient
• utilisation d'un canal DMA, programmation
  délicate

103

• 2.4 Limitations - évolutions
• Les cartes dacquisition sont généralement
  limitées non pas par leur vitesse dacquisition
  mais par la vitesse à laquelle elles peuvent
  transférer les données dans la mémoire du PC
• La technique DMA est la plus rapide elle
  permet de faire circuler des données à haute
  vitesse en laissant le µP libre pour réaliser
  dautres tâches simultanément.
• La carte anciennement utilisée en TP (PCI 6024E)
  dispose dun seul canal DMA si deux opérations
  avec transfert de données sont réalisées
  simultanément, lune doit utiliser un transfert
  par interruption.
• Les nouvelles cartes dacquisition de National
  Instrument, série M, possèdent 6 canaux DMA, donc
  peuvent supporter jusquà 6 opérations de
  transfert pleine vitesse, simultanément.