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Matériel informatique

Un matériel informatique (en anglais : hardware) est une pièce ou composant d'un appareil informatique. C'est la partie physique de l’informatique elle est appairée avec le logiciel (software ou firmware). Il y a des composants situés à l'intérieur de l'appareil qui sont indispensables à son fonctionnement et, d'autres secondaires disposées à l'extérieur (les périphériques).

Les pièces intérieures sont, la plupart du temps, montées sur des circuits imprimés. Les pièces ou composants sont construites par différents fabricants et interconnectées entre elles. Le respect des normes et d'un cahier des charges très précis, par les différents fabricants permet le fonctionnement de l'ensemble.

Les pièces servent soit à recevoir des informations, à les envoyer, les échanger, les stocker ou les traiter. Toutes les opérations sont effectuées conformément aux instructions contenues dans les logiciels et aux manipulations des périphériques de l'interface homme-machine.

Introduction

Un appareil informatique est un automate qui traite des informations conformément à des instructions préalablement enregistrées, selon le principe de la machine de Turing. Un micro-ordinateur est composé de :

  • Un processeur est un dispositif qui exĂ©cute des instructions de calcul sur des informations. Le processeur puise les informations et les instructions de traitements dans des mĂ©moires ou des dispositifs de stockage d'informations (internes ou externes). Les rĂ©sultats des traitements sont eux aussi placĂ©s dans les mĂ©moires ;
  • Des dispositifs d'entrĂ©e permettent Ă  un humain de commander l'appareil informatique et d'y introduire des informations (clavier, souris, clĂ© USB, CD, etc.). D'autres pĂ©riphĂ©riques (internes ou externes) permettent de connaĂ®tre diffĂ©rents paramètres (position gĂ©ographique, tempĂ©rature, etc.) ;
  • Des dispositifs de sortie servent Ă  extraire les informations de l'appareil informatique, et les prĂ©senter sous une forme utilisable par un humain (Ă©cran, haut parleur, etc.) ou par un pĂ©riphĂ©rique tel qu'un DVD, une clĂ© USB, etc. ;
  • Des dispositifs de tĂ©lĂ©communication permettent l'Ă©change d'informations entre diffĂ©rents appareils informatiques grâce au rĂ©seau informatique (bluetooth, WIFI, Ethernet, etc.). Les câbles filaire assurent une connexion plus fiable et plus prĂ©cise, que les transmission par ondes radioĂ©lectriques, quel que soit le pĂ©riphĂ©rique, le temps et la disposition des locaux.

Le boîtier et les périphériques

L'intérieur du boîtier d'un appareil informatique contient un ou plusieurs circuits imprimés sur lesquels sont soudés des composants électroniques et des connecteurs. La carte mère est le circuit imprimé central, sur lequel sont connectés tous les autres équipements. Les périphériques sont par définition les équipements situés à l'extérieur du boîtier. Ces équipements peuvent être connectés par des câbles, qui sont souvent des bus informatiques ou Ethernet mais de plus en plus souvent par des liaisons radios (WIFI, Bluetooth, etc.)

Le bus informatique

Un bus informatique est un ensemble de lignes de communication qui servent aux Ă©changes d'informations entre les composants d'un appareil informatique. Les informations sont transmises sous forme de suites de signaux Ă©lectriques.

  • Dans un bus sĂ©rie, les informations sont transmises un bit après l'autre sur une seule ligne du bus, ou deux (une dans chaque sens)
  • Dans un bus parallèle, les informations sont transmises par groupes de bits sur plusieurs lignes en mĂŞme temps.

La « largeur » d'un bus parallèle désigne le nombre de bits d'un groupe et donc le nombre de lignes utilisées pour sa transmission.

Quelques standards de bus informatiques :

Entrée

Les périphériques d'entrée servent à commander l'appareil informatique ou à y envoyer des informations.

Les données d'entrées sont numérisées pour pouvoir être utilisée par le processeur.

L'ensemble des dispositifs de commande, et les périphériques de sortie directement associés forment une façade de commande appelée interface homme-machine.

Équipements de commande

Un téléscripteur, ou télétype.

Les lecteurs de cartes perforées (Herman Hollerith, 1890) sont les périphériques d'entrée qui équipaient les premiers ordinateurs. Ils ont été utilisés jusque dans les années 1980. Les cartes perforées servaient en même temps de mémoire de masse, de périphérique d'entrée et de périphérique de sortie.

Un télétype est un type d'appareil créé en 1925, semblable à une machine à écrire et utilisé pour introduire des textes dans un système informatique.

Un terminal est un groupe de périphériques d'entrée et de sortie (clavier, souris, écran), utilisés pour commander à distance un appareil informatique. Les terminaux étaient d'usage courant sur les ordinateurs jusque dans les années 1980[notes 1].

Un émulateur de terminal est un logiciel placé dans un appareil informatique pour permettre à l'utilisateur de piloter un autre appareil comme s'il se trouvait aux commandes d'un terminal.

Équipements courants

La souris, la tablette graphique et le crayon optique sont des dispositifs de pointage. Ils servent à désigner un objet sur une surface — généralement un écran.

Un écran tactile est un écran sensible à la pression. Il permet de désigner un objet à sa surface avec le doigt, sans utiliser de dispositif de pointage.

Le joystick, les manettes, le volant, le pistolet et le gant électronique sont des dispositifs de pilotage utilisés en réalité virtuelle, notamment avec les consoles de jeux vidéo et les simulateurs de vol.

Divers

En musique assistée par ordinateur, les informations sont introduites en utilisant le clavier d'un synthétiseur.

Les appareils informatiques peuvent être pilotés par une télécommande.

Dans une interface neuronale directe, l'appareil est piloté directement par le cerveau de l'utilisateur.

Les robots sont des appareils informatiques sans dispositif de commande — par définition un robot ne se commande pas. Ils peuvent par contre être équipés de capteurs de distance, d'altitude, ou de positionnement géographique analogue à celui du GPS.

Envoi d'informations

Carte de numérisation vidéo.
  • La numĂ©risation est le procĂ©dĂ© de transformation d'une information du monde rĂ©el en suites de nombres binaires pouvant ĂŞtre manipulĂ©es par un appareil informatique. La transformation est faite par un circuit Ă©lectronique. La construction du circuit diffère en fonction de la nature de l'information Ă  numĂ©riser.
  • Un scanner est un appareil servant Ă  numĂ©riser des images. Il peut s'agir de documents papiers, de photographies ou de diapositives. Un appareil photo numĂ©rique est un appareil photo Ă©quipĂ© d'un circuit de numĂ©risation interne. Les prises de vue peuvent ĂŞtre numĂ©risĂ©es en utilisant un circuit de numĂ©risation et un camĂ©scope. Les camĂ©scopes numĂ©riques sont des camĂ©scopes Ă©quipĂ©s d'un circuit de numĂ©risation interne. La webcam est une camĂ©ra numĂ©rique miniature.
  • Des enregistrements audio peuvent ĂŞtre numĂ©risĂ©s en utilisant un circuit de numĂ©risation et une source audio telle que micro ou magnĂ©tophone.
  • Une balance, en Ă©lectronique numĂ©rique, permet de numĂ©riser le poids des objets.

Stockage d'informations

Les Ă©quipements de stockage servent Ă  conserver des informations sous forme de nombres binaires.

  • Une mĂ©moire est un dispositif Ă©lectronique (circuit intĂ©grĂ©) ou Ă©lectromĂ©canique destinĂ© Ă  conserver des informations dans un appareil informatique.
  • Une mĂ©moire cache est une mĂ©moire de faible capacitĂ© a grande vitesse destinĂ©e Ă  conserver provisoirement des informations frĂ©quemment manipulĂ©es par l'appareil informatique.
  • Une mĂ©moire de masse est un dispositif de stockage de grande capacitĂ© — souvent Ă©lectromĂ©canique — destinĂ© Ă  conserver longtemps une grande quantitĂ© d'informations.

Circuits intégrés

  • Une mĂ©moire morte est une mĂ©moire faite de circuit intĂ©grĂ© oĂą les informations ne peuvent pas ĂŞtre modifiĂ©es. Ce type de mĂ©moire est souvent utilisĂ©e pour conserver dĂ©finitivement des logiciels embarquĂ©s.
  • Une mĂ©moire vive est une mĂ©moire faite de circuit intĂ©grĂ© oĂą les informations peuvent ĂŞtre modifiĂ©es. Les informations sont perdues Ă  la mise hors tension.
  • Une mĂ©moire flash est une mĂ©moire dans laquelle les informations subsistent Ă  la mise hors tension. Les premières techniques de mĂ©moire flash Ă©taient des circuits intĂ©grĂ©s qui pouvaient ĂŞtre vidĂ©s par un flash lumineux.
  • Les mĂ©moires Ă  tore de ferrite utilisent une technique de mĂ©moire magnĂ©tique construite dans les annĂ©es 1960.

MĂ©moire de masse

Un lecteur de cassettes informatiques.
  • Une mĂ©moire de masse est dite Ă  accès sĂ©quentiel quand le contenu ne peut ĂŞtre lu que dans un ordre prĂ©cis, comme les bandes et les cassettes.
  • Une mĂ©moire de masse est dite Ă  accès direct quand le contenu peut ĂŞtre lu dans un ordre quelconque, comme les disques magnĂ©tiques ou optiques.
  • Un SSD (de l'anglais solid-state drive) est une mĂ©moire de masse, sans aucune pièce mobile, constituĂ© de mĂ©moires Ă©lectroniques non volatiles.
  • Un disque dur est une mĂ©moire de masse Ă  accès direct composĂ©e d'un ou de plusieurs disques rigides et magnĂ©tiques. Les premiers disque durs ont Ă©tĂ© construits en 1956. C'est une des mĂ©moires de masse les plus utilisĂ©es sur les ordinateurs.
  • Les disques optiques, des disques en matière transparente tels que le Disque compact ou le DVD sont utilisĂ©s comme mĂ©moire de masse Ă  accès direct. Les premiers Disques compacts ont Ă©tĂ© construits en 1979.
  • Les bandes magnĂ©tiques sont utilisĂ©es comme mĂ©moire de masse Ă  accès sĂ©quentiel depuis les annĂ©es 1950. Et les cassettes DAT sont utilisĂ©es depuis les annĂ©es 1980.

Traitement

  • Un processeur est un composant Ă©lectronique qui exĂ©cute des instructions.
  • L'acronyme CPU ((en) Central Processing Unit) dĂ©signe le ou les processeurs centraux de l'appareil. L'exĂ©cution des instructions par le ou les CPU influence tout le dĂ©roulement des traitements.

Un appareil informatique contient au minimum un processeur, voire 2, 4, ou plus. Les ordinateurs géants contiennent des centaines, voire des milliers de processeurs reliés dans un réseau de neurones, concept inspiré de l'anatomie du cerveau.

  • L'acronyme RISC (en anglais Reduced Instruction Set Computer) dĂ©signe un processeur dont le nombre d'instruction a Ă©tĂ© rĂ©duit au minimum. Cette technologie est apparue dans les annĂ©es 1980 pour remplacer les CISC.
  • L'acronyme CISC (en anglais Complex Instruction Set Computer) dĂ©signe un processeur dont le nombre d'instruction est Ă©tendu, par opposition Ă  RISC.
  • L'acronyme FPU (en anglais Floating Point Unit) dĂ©signe un processeur arithmĂ©tique, conçu pour effectuer des calculs sur des nombres rĂ©els en virgule flottante.
  • Une adresse mĂ©moire est l'information numĂ©rique qui indique Ă  quel endroit dans la mĂ©moire se trouve une information.
  • L'acronyme MMU (en anglais Memory Management Unit) dĂ©signe le composant qui contrĂ´le les Ă©changes d'informations entre les processeurs, et les mĂ©moires. Il effectue notamment les opĂ©rations de transformation d'adresse nĂ©cessaire au mĂ©canisme de la mĂ©moire virtuelle.
  • L'acronyme GPU (en anglais Graphics Processing Unit) dĂ©signe le microprocesseur chargĂ© d'assurer l'affichage des Ă©lĂ©ments prĂ©sents Ă  l'Ă©cran et d'effectuer les opĂ©rations d'affichage et de manipulation de donnĂ©es graphiques (jeux vidĂ©o, calculs avancĂ©s en 3D…). Il est gĂ©nĂ©ralement embarquĂ© sur les cartes mères rĂ©centes afin d'assurer le bon affichage des Ă©lĂ©ments graphiques principaux du système d'exploitation mais une carte graphique dĂ©diĂ©e est nĂ©cessaire pour faire fonctionner les applications gourmandes en ressources graphiques.
  • Les circuits intĂ©grĂ©s du commerce contiennent souvent Ă  la fois un CPU, un FPU et un MMU.

Sortie

Les équipements de sortie servent à présenter les informations provenant d'un appareil informatique sous une forme reconnaissable par un humain.

Écran

  • Un Ă©cran est une surface sur laquelle est affichĂ©e une image. Les images Ă  afficher sont gĂ©nĂ©rĂ©es par un circuit Ă©lectronique Ă©quipĂ© d'un RAMDAC.
  • Un moniteur est un Ă©cran d'une technologie analogue Ă  celles utilisĂ©es sur les tĂ©lĂ©viseurs, et qui affiche des images provenant de l'appareil informatique.
  • LCD est une technologie d'affichage d'images par l'effet visuel de cristaux liquides, utilisĂ©e depuis 1970, notamment sur les calculatrices.
  • L'Ă©cran cathodique est une technologie d'affichage d'images par bombardement d'Ă©lectrons sur une surface fluorescente. La première utilisation pratique a Ă©tĂ© l'oscilloscope en 1897, puis la tĂ©lĂ©vision. Cette technologie utilisĂ©e sur les tout premiers ordinateurs est encore largement rĂ©pandue aujourd'hui.
  • Un visiocasque est une paire de lunettes Ă©quipĂ©e de deux Ă©crans miniatures (une pour chaque Ĺ“il) qui affichent des images lĂ©gèrement diffĂ©rentes. Cet appareil permet de reproduire la perception du relief par la stĂ©rĂ©oscopie. Il est utilisĂ© en rĂ©alitĂ© virtuelle.
  • Un Ă©cran tactile est un Ă©cran sensible Ă  la pression. Il sert Ă  la fois de dispositif de sortie (moniteur) et d'entrĂ©e (clavier, pointage).
  • Un vidĂ©oprojecteur est un Ă©quipement qui permet de projeter une image provenant d'un appareil tĂ©lĂ©vision, vidĂ©o ou informatique sur une surface blanche. Les vidĂ©oprojecteurs utilisent parfois la technologie LCD.

Imprimante

Une imprimante est un Ă©quipement qui sert Ă  faire sortir des informations sous forme d'images sur du papier. Il peut s'agir de documents ou de photos.

Sur une imprimante à marguerite, un marteau frappe successivement les différentes pattes d'une étoile souple (la marguerite) contre un ruban encreur. Au bout de chaque patte se trouve l'empreinte d'un caractère typographique. Cette technique est directement héritée des machines à écrire.

Sur une imprimante matricielle, l'image est imprimée par les frappes d'un groupe d'aiguilles sur un ruban encreur. Cette technique, très bruyante, permet toutefois d'effectuer des copies sur papier carbone, ce qui la rend encore très utile pour l'impression de factures ou de bons de livraison.

Sur une imprimante à jet d'encre, l'image est imprimée par projection de gouttelettes d'encre sur le papier. Cette technique, évolution des imprimantes matricielles, est apparue en 1970.

Sur une imprimante laser, un rayon laser dessine l'image à reproduire sur un tambour, qui se polarise et attire une poudre noire (le toner) qui reproduit alors fidèlement l'image à imprimer. Une feuille de papier pré polarisée est enroulée sur le tambour les inscriptions en poudre sont transférées sur le papier. La feuille passe alors entre deux rouleaux presseurs dont un chauffe, la poudre fond s'incrustant définitivement sur le papier. Cette technique est aussi utilisée sur les photocopieurs depuis 1976.

RĂ©seaux

Une interconnexion par câbles.

Les équipements de réseau sont l'ensemble des équipements relatifs à la communication d'informations entre des appareils informatiques. Les équipements servent à l'envoi d'informations, à la réception, à la retransmission, et au filtrage.

Les communications peuvent se faire par câble, par onde radio, par satellite, ou par fibre optique.

  • Un protocole de communication est une norme industrielle relative Ă  la communication d'informations. La norme Ă©tablit autant le point de vue Ă©lectronique (tensions, frĂ©quences) que le point de vue informationnel (choix des informations, format) ainsi que le dĂ©roulement des opĂ©rations de communication (qui initie la communication, comment rĂ©agit le correspondant, combien de temps dure la communication, etc.).
  • Le modèle OSI est une norme internationale de rĂ©partition des tâches relatives Ă  la structuration et Ă  l'interprĂ©tation des informations qui circulent sur un rĂ©seau informatique. Le modèle comporte 7 niveaux indĂ©pendants. Une norme industrielle ou d'un niveau donnĂ© peut ĂŞtre combinĂ©e avec n'importe quelle norme industrielle d'une couche situĂ©e en dessus ou en dessous.

En règle générale les équipements de transmission prennent en charge les normes industrielles et les protocoles de communication des niveaux 1 et 2. Les niveaux 3 à 7 sont pris en charge par les logiciels.

Équipements

Un modem.

Une carte réseau est un circuit imprimé qui sert à recevoir et envoyer des informations conformément à un ou plusieurs protocoles.

Un modem est un équipement qui sert à envoyer des informations sous forme d'un signal électrique modulé, ce qui permet de les faire passer sur une ligne de communication analogique telle une ligne téléphonique.

Un hub Ethernet est un appareil de relais utilisé dans les réseaux informatiques. Il est équipé de plusieurs connecteurs, chaque information reçue par un des connecteurs est retransmise sur tous les autres connecteurs. Un hub travaille au niveau OSI 1.

Un commutateur réseau (en anglais switch) est un appareil de relais utilisé dans les réseaux informatiques. Il est équipé de plusieurs connecteurs, chaque information reçue par un des connecteurs est analysée, puis retransmise dès que possible sur le connecteur ou se trouve le destinataire. Un commutateur réseau travaille au niveau OSI 1 et 2.

Un routeur est un appareil de filtrage des informations utilisé dans les réseaux informatiques. Il est équipé de deux connecteurs. Le routeur analyse les informations qu'il reçoit par un des connecteurs, puis en fonction de table de routage transforme les informations, et décide s'il est nécessaire de les retransmettre sur l'autre connecteur. Un routeur travaille aux niveaux OSI 1, 2 et 3.

Notes et références

Notes

  1. Jusqu'en 1980, les ordinateurs (de type mainframe) étaient très coûteux et volumineux. Chaque mainframe était utilisé (via des terminaux) par tous les employés d'une société ou les membres d'une association simultanément. L'arrivée des ordinateurs personnels en 1981, notamment l'IBM PC, a radicalement modifié l'utilisation des ordinateurs.

Références

    Voir aussi

    Articles connexes

    Liens externes

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