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Informatique d'instrumentation
 

Informatique d'instrumentation

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    Informatique d'instrumentation Informatique d'instrumentation Presentation Transcript

    • Dernière mise à jour : 16/10/2009
      • Intervenants
      •       André Betemps
      • Myriam Chesneau
      • Laurent Goujon
      •      
      • Responsable du document :
      •       idem
      • Auteurs du document :
      •       Myriam Chesneau
      14 h TP : 8 h TD : 4 h cours : Répartition horaire : Informatique d’instrumentation 2009/2010
    • INFORMATIQUE D’INSTRUMENTATION
        • Les chapitres du cours :
          • CH 1 : Contrôle d’instruments à distance
          • CH 2 : Architecture d’un 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.
    • CH 1 CONTRÔLE D’INSTRUMENTS
        • Un instrument de mesures peut-être piloté par ordinateur
          • il est configuré par programme
          • il renvoie les résultats de mesures à l’ordinateur
        • Les deux standards de communication utilisés actuellement sont
          • la liaison GPIB
          • la liaison RS 232
        • Se développent également le contrôle via
          • l’USB et
          • l’Ethernet
    • Commandes des appareils Résultats de mesures
        • INSTRUMENT = appareil de mesure (ou source de signal) muni d’un circuit d’interface lui permettant d’être contrôlé par ordinateur.
        • Commandes et résultats sont codés sous forme de caractères
    • 1. Aspect matériel
      • 1.1 Cas de la liaison GPIB
      Instrument GPIB Câble GPIB
        • Nécessité d’ajouter une carte d’interface GPIB interne, enfichable , ou un convertisseur externe GPIB-USB.
      Connecteurs GPIB
          • GPIB : General Purpose Intrumentation Bus
          • Liaison conçue pour le contrôle d’instruments, 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.
        • Caractéristiques :
          • liaison parallèle : les 8 bits d’un caractère sont envoyés simultanément
          • plusieurs appareils communiquent avec la même interface GPIB  
          • chaque appareil possède une adresse, modifiable par l’utilisateur (  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 l’ordinateur 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
      • 1.2 Cas de la liaison RS-232 (449, 422, 423)
      Instrument RS 232 Câble RS 232
        • Port série disponible sur l’ordinateur, pas de carte ou d’adaptateur à ajouter.
        • Utilisation d’un port par instrument.
          • Liaison conçue pour la communication entre ordinateurs, « détournée » pour le contrôle d’instruments.
          • Norme moins précise que l’IEEE 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 d’un caractère sont envoyés bit par bit
          • Fonctionnement par port : 1 port série par instrument
          • 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 l’instrument
          • Liaison à 2 fils + masse au minimum, nombreuses autres possibilités utilisant jusqu’à 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)
      TD RD GND TD RD GND
        • Paramétrage
        • Le caractère est codé sur 7 ou 8 bits et est accompagné de :
          • 1 bit de départ (start)
          • 1 ou 2 bits d’arrêt (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 s’exprime en bauds. Valeurs normalisées : de 300 à 38 400 bauds.
        • 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
        • 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.
    • 2. Caractéristiques d’un instrument
      • 2.1 Adresse
        • Pour être reconnu sur un bus d’instrumentation, un instrument possède une adresse.
        • Le µo s’adresse par exemple à « Carte GPIB 0 : Instrument 10 »
        • Dans le cas d’une communication par port, il n’y a pas d’adresse, chaque instrument est sur un port.
        • Le µo s’adresse par exemple à « Port série 1 : Instrument  »
      Instrument GPIB 10 Instrument GPIB 22 µo Interface GPIB n° 0 Instrument RS 232 Instrument RS 232 µo Port série1 Port série2
      • 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 d’écriture.
        • L’instrument envoie des résultats si
          • on lui demande ( ex : « *IDN ?  » = quel est ton nom)
          • le µP vient lire le résultat (opération de lecture)
        • Langage
          • Langage commun proposé en 1992 : Standard Commands for Programmable Instruments : SCPI Le SCPI permet de changer d’instrument sans modifier le programme. Ex : FREQ 5000 (9 caractères dont un blanc, codés ASCII)
          • règle à 5000 Hz la fréquence du signal d’un GBF (SCPI)
          • Coexistence d’instruction spécifiques à chaque marque ou instrument Ex : MEAS : VOLT : DC ?
          • demande une mesure de tension continue à un multimètre (non SCPI)
      • 2.3 Format des données
        • Chaque instrument renvoie ses résultats sous forme d’une chaîne de caractères.
        • Le format des résultats numériques est propre à chaque appareil.
        • Exemple (multimètre Agilent 34401A )
      Type of Output Data Non-reading queries Single reading (IEEE-488) Multiple readings (IEEE-488) Single reading (RS-232) Multiple readings (RS-232) Output Data Format < 80 ASCII character string SD.DDDDDDDDESDD<nl> SD.DDDDDDDDESDD,...,...,<nl> SD.DDDDDDDDESDD<cr><nl> SD.DDDDDDDDESDD,...,...,<cr><nl> S Negative sign or positive sign D Numeric digits E Exponent <nl> newline character <cr> carriage return character
        • Résultat d’une 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.
    • 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 d’écriture et de lecture commun aux 2 liaisons
          • VI driver d’instruments : VI fourni par le constructeur de l’instrument pour un pilotage aisé sous LabVIEW, à rechercher sur le site de National Instrument ou du constructeur, ou directement sous LAbVIEW :
    •  
        • Nous utiliserons
          • Un VI « bas niveau » pour initialiser la liaison : Série ou GPIB Initialisation d’un port série RS 232 et détermination du protocole Initialisation d’un périphérique GPIB
          • Des V.I Visa pour la communication, quelle que soit la liaison Ecriture d’une commande ( chaîne de caractères) Rq : Une chaîne de caractères se termine par deux caractères spéciaux pour la liaison RS 232. Lecture d’un résultat (chaîne de caractères)
      • 3.2 Étapes de programmation
        • Pour une programmation efficace (et professionnelle) d’un instrument à distance, il faut respecter certaines étapes :
          • 1. Le placer dans un état connu, unique et identifié : l’état à la mise sous-tension, prévu par le constructeur.
          • Rq : Par défaut, un appareil Agilent se met, à la mise sous tension, dans l’état appelé « état à la mise sous tension et à la réinitialisation »
          • Sur certains appareils Agilent, on peut activer une option qui force l’appareil 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 l’état initial, pour connaître parfaitement l’état de départ de l’instrument, et le rendre ainsi interchangeable.
        • 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  … L’adresse de l’instrument 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….
          • 2. Effacer tous les registres précédemment utilisés, en particulier celui qui mémorise les erreurs. (* CLS)
          • 3. Configurer l’instrument par modification des paramètres qui diffèrent de ceux par défaut (après la réinitialisation).
          • Dans le cas d’un 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, c’est-à-dire la transférer de la mémoire de l’instrument vers celle de l’ordinateur.
          • 6. Traiter les données, c’est-à-dire dans un premier temps transformer la chaîne de caractères en un nombre réel.
    • 4. Évolutions en contrôle d’instrument
        • Il existe actuellement plus de 10 millions d’instruments GPIB…
        • L’Ethernet ( 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 l’entreprise,
          • la passerelle vers internet existe en général
          • c’est une solution peu couteuse
        • Inconvénients
          • cette solution nécessite quelques connaissance en réseau ( masque, adresse IP…)
          • elle n’est pas spécifique au test et à la mesure
        • L’USB
        • 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
          • c’est une solution peu couteuse
        • Inconvénients
          • cette solution n’est pas spécifique au test et à la mesure
    • Présentation générale des composants principaux d’un 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  ». CH 2. ARCHITECTURE ET COMPOSANTS D’UN ORDINATEUR
      • Ordinateur et périphériques
      • 1.1 Organisation
        • L es principaux éléments fonctionnels d’un ordinateur sont :
          • Le microprocesseur (3)
          • La mémoire centrale (5)
          • Les périphériques et leur système d’interface (1, 6, 8, 9, 10, 11)
    • bus Microprocesseur Chipsets Mémoire centrale Périphériques bus Horloge
        • Le boîtier comprend essentiellement
          • La carte mère (2) munie d’éventuelles cartes d’interface pour périphériques (6)
          • Le bloc d’alimentation (7)
          • Certains périphériques de stockage : périphériques internes (8, 9)
      • 1.2 La carte mère
        • La carte mère est un circuit imprimé qui supporte et interconnecte les composants électroniques de l’ordinateur :
          • Le microprocesseur (socket) : A
          • La mémoire centrale (et d’autres 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 d’extension (graphique, d’acquisition…): D - pour les alimentations : G
          • Certains périphériques (carte son, modem)
    • Source : Intel® Desktop Board D975XBX2 Technical Product Specification B C D E F G E E E Connecteurs de la carte mère
    •  
      • 1.3 Les connecteurs
        • L’interconnexion 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
    • 2. Microprocesseur et mémoire
      • 2.1 Microprocesseur
        • Le µP exécute les instructions élémentaires des programmes situés en mémoire centrale :
          • Chargement de l’instruction lue en mémoire
          • Décodage grâce à un jeu d’instructions
          • Exécution
        • Les principaux éléments du µP sont :
          • L’unité de commande , qui lit et décode l’instruction
          • L’ unité 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 d’exécution.
        • Le µP est caractérisé par
          • La cadence à laquelle il exécute les instructions : sa fréquence d’horloge ( en simplifiant à l’extrême, un µP 1 GHz effectue 1 milliard d’opérations 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 l’unité de commande qui permet d’accélérer 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….)
      Micro processeur Mémoire centrale Mémoires caches
        • 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
        • (Données janvier 2008 : deux produits parmi de nombreuses offres… )
      • 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 l’ordinateur 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 d’adresser 2 m mots mémoire.
        • Exemple :
        • Une mémoire comportant des mots de 32 bits adressée sur 16 bits comporte
        • 2 16  32 bits = 2 16  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.
    • 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…
      Scanner Souris Ecran Clavier Carte Réseau Modem ADSL Wifi Disque dur Clef USB Lecteur CD / DVD Haut parleur Imprimante WebCam Microprocesseur Mémoire centrale
        • Les circuits périphériques peuvent se trouver
          • à l’extérieur 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 d’interface situés sur la carte mère.
          • … un mélange …
        • Selon le périphérique, on parle de contrôleur, de carte, d’adaptateur, de circuit d’interface, de carte d’interface…
        • Au niveau du langage, on utilise parfois le terme périphérique pour nommer
          • le circuit d’interface ou encore
          • l’ensemble (périphérique + interface) … ce que je fais par la suite dans ce chapitre…
    • Process Ecran Microprocesseur Mémoire centrale Carte graphique Haut parleur Instrument de mesure Carte GPIB Carte d'acquisition Périphériques avec carte d’interface Micro Carte son
      • 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 d’un bus transporte un bit d’information, matérialisé par une tension pouvant prendre uniquement deux valeurs.
        • Un bus est caractérisé par
          • Sa largeur : nombre de bits qu’il 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 10 6 = 2128 10 6 bits/secondes = 266 Mo/s.
        • Les échanges de données sont orchestrés par des circuits appelés contrôleurs de bus, ponts , ou encore chipsets : les « super contrôleurs d’entrée-sorties »
      Bus mémoire Microprocesseur Pont Mémoire centrale bus d’entrées - sorties Périph 2 Périph 1 Bus local
      • 3.3 Évolution des architectures
        • L’architecture 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???
    • bus mémoire Microprocesseur + Cache L1 + Cache L2 Pont Mémoire + E/S Mémoire centrale SCSI Bus local bus PCI Disque dur USB Lecteur graveur DVD Connecteurs pour carte PCI Contrôleur de disque Ecran CARTE GRAPHIQUE bus AGP bus IDE ATA ou SATA Configuration type ≈ 2000
        • 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 d’un commutateur relié à chaque périphérique.
        • L’architecture 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) bus mémoire Microprocesseur + cache(s) Pont + Commutateur Mémoire centrale bus local Contrôleur USB Contrôleur de disque Contrôleur graphique Autre…
      • 3.4 Caractéristiques de quelques bus
      Anciens périphériques : scanner, imprimante… 8 Port parallèle Anciens périphériques : appareils de mesures, modems… 1 Port série Périphériques vidéo 800 1 FireWire Périphériques lents 480 1 USB 2 Carte d’extension : son, réseau, modem, acquisition… 33 32 PCI (32 bits) Disques durs / graveur lecteur CD 320 66 180 80 16 1 16 IDE-ATA 133 Serial ATA 1 SCSI Ultra4 Cartes graphiques Devrait remplacer tous les autres bus /port 250 Mo/s 8 Go/s 533 2000 64 000 32 1 AGP 8X PCI Express 1X PCI Express 32X Rôle Bande Passante (Mo/s) Fréquence (MHz) Largeur (bits) BUS / PORT exemples
    • 4. Complément et conclusion
      • 4.1 Matériel et …logiciel !
        • Au démarrage, la machine a besoin d’instructions pour pouvoir
          • établir le dialogue avec l’utilisateur 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 d’exploitation.
        • Le système d’exploitation est un programme d’interface, qui permet le fonctionnement de base de l’ordinateur ( interprétation des commandes clavier, souris…)
        • Il existe actuellement deux choix pour un micro-ordinateur : Windows et Linux.
      • 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 d’ordinateurs 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.
      • 4.3 Évolution des microprocesseurs
        • Cache
        • Les performances des processeurs augmentent plus vite que la rapidité des accès mémoires. Ceci explique l’augmentation des tailles des mémoires caches.
        • Fréquence
        • La consommation dynamique des microprocesseurs est d’autant plus forte que la fréquence de travail est élevée (et que la tension d’alimentation 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 (< 90 nm) : les « fils » (traits) qui constituent les circuits du µP sont fins et proches et des courants de fuite apparaissent.
        • 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 d’une 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.
        • Electronique International / extraits des newsletters le 24/9/2009 à 13h48
        • Un quadricoeur pour les PC portables !
        • Ce processeur d’Intel 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 qu’il considère comme le processeur pour PC mobile le plus puissant jamais réalisé. Ce circuit quadricœur de la famille Core i7 en reprend l’architecture Nehalem déjà à l’œuvre dans les processeurs pour PC de bureau tout en en abaissant significativement la consommation. Il peut fonctionner à une fréquence de 3 GHz.
      • 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 l’occasion du salon japonais CEATEC, qui se tient du 6 au 10 octobre à Chiba, TDK présentera un prototype de disque optique d’une 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 d’onde de 405 nm et d’ouverture 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. «
      CH 3. MEMOIRES
      • Généralités
        • Une mémoire est un dispositif capable
          • d’enregistrer l’information,
          • 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.
    • bus mémoire Microprocesseur Pont Mémoire centrale bus d’entrées - sorties Disque Dur Flash Mémoires caches Registres ROM CD DVD Mémoires de travail Mémoires de masse
        • Une mémoire est caractérisée par
          • sa capacité : exprimée en octets Ex : Disque dur de 40 Go
          • son temps d’accès : nécessaire pour effectuer une opération de lecture ou d’écriture Ex: mémoire Flash 10 ms
          • son débit : nombre d’informations lues ou écrites par seconde, exprimé en octets par seconde. Ex : 1 à 8 Mo/s pour un CD.
      Registres Cache Mémoire centrale Mémoire de masse Capacité Rapidité
        • Une mémoire peut être
          • volatile : les informations stockées sont perdues à chaque coupure d’alimentation, 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 d’une mémoire et son encombrement sont des éléments importants.
    • 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 l’information est stockée à la fabrication : on peut lire l’information, l’écriture est impossible, ou sous des conditions bien spécifiques.
      • 2.1 Description
        • Les registres sont de petites zones mémoire intégrées au µP, constituées de bascules, d’accès 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 d’être appelées par le µP, quand le µP les demande, elles sont d’accès + rapide qu’en mémoire centrale. Elle permet d’adapter le débit des instructions et des données à la vitesse de fonctionnement du processeur.
        • La mémoire centrale
        • C’est la mémoire principale de l’ordinateur ( 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 l’ordinateur (de + en + remplacée par de la mémoire flash…)
      • 2.2 Technologie
        • Les registres sont constitués de transistors agencés en bascules.
        • La mémoire cache est réalisée en RAM statique : SRAM . ( statique = pas besoin de rafraîchir)
        • Un bit en mémorisé en sortie d’une 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 d’un condensateur, à l’aide d’un transistor, le tout en technologie MOS. Chaque point mémoire doit être régulièrement rafraîchi pour compenser la décharge du condensateur.
        • 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.
        • De la ROM à la Flash
        • La mémoire PROM est une ROM programmable une seule fois par l’utilisateur (interrupteur = fusible, ouvert ou claqué).
        • La mémoire EPROM est une PROM effaçable à l’aide d’un 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 l’on peut écrire) et non ROM !
          • Prix de revient en baisse, utilisation également en mémoire de masse : clef USB…
      • 2.3 Quelques propriétés et ordres de grandeur
        • Pas Read Only !
        • + lente, moins chère, plus compacte que SRAM
        • Rapide Chère
        • Volumineuse
        • Rq
        • Non / Pile
        • Oui
        • Oui
        • Oui
        • Volatilité
        • 1 Go/s
        • 5 à 10 Go/s
        • Débit
        • 10 ns
        • 5 ns
        • 1 ns
        • Temps d’accès
        • qq 100 octets
        • Go
        • Mo
        • qq octets
        • Capacité
        • EEPROM / Flash
        • DRAM
        • Dynamique
        • SRAM
        • Statique
        • Bascules
        • Type
        • Mémoire morte
        • Mémoire centrale
        • Mémoire cache
        • Registre
    • 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 : l’information est conservée quand l’ordinateur est éteint.
        • Les données à stocker sont codées de manière à utiliser au mieux le support.
        • Chaque bit n’est pas matérialisé , il existe des techniques plus performantes, matérialisant les transition 1-0 ou 0-1 au cours d’une succession de bits.
      • 3.1 Mémoire flash
        • Mémoire de type électronique : voir ROM du § précédent
      • 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 l’autre :
        • En lecture , un courant est induit dans la tête, dont le signe dépend de l’orientation 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 l’Allemand Peter Grünberg prix Nobel Physique 2007)
      I Tête de lecture Disque dur
        • 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…)
      Couche magnétique : 0,2 à 4 µm Largeur d’un bit : 0,1 à 0,2 µm Largeur d’une piste : 1 à 2 µm
        • Le lecteur de disque dur contient, sous vide,
          • Un empilement de plateaux rigides double-face avec tête de lecture écriture sur chaque face (jusqu’à 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 n’y a pas de contact tête – plateau, la tête plane sur le plateau, elle est rétractée ou parquée à l’arrêt. Un cylindre est l’ensemble des pistes de même diamètre, un cylindre est lu sans déplacer le peigne de têtes.
          • Un mécanisme asservi extrêmement précis (contrôleur).
    •  
      • 3.3 Disques optiques
        • Les informations binaires sont enregistrées le long d’une spirale sur un support rigide de type disque.
        • Les information sont transcrites en modifiant - ou non - une propriétés d’un 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 n’est pas modifiée. Le photo détecteur mesure donc deux luminosité différentes, correspondant aux deux informations binaires.
    • Surface réfléchissante Matériau à propriété modifiée (dye) Substrat en poly carbonate lentille prisme diode laser photo détecteur Laque de protection
        • 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 ».
      Micro-cuvettes aluminium Laque de protection Zones planes  /4
        • A la lecture d’un « 0 », la lumière se réfléchit sur le disque et revient en éclairant uniformément le photo détecteur.
        • A la lecture d’un « 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 d’une cuvette étant de l’ordre de  /4 , la différence de marche des deux faisceaux est de  /2 et l’interférence est destructive. Le photo détecteur est toujours éclairé uniformément, mais avec une intensité beaucoup plus faible.
        • CD-R (Read)
        • Mémoire enregistrable une fois par l’utilisateur.
        • 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 l’écriture, 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.
      Or puis Aluminium Matière colorée Substrat en poly carbonate Laque de protection
        • 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 : l’alliage retourne dans son état amorphe  effacement
          • Moyenne : l’alliage passe dans son état cristallin, création de l’équivalent des pits  écriture
          • Faible : interprétation par le détecteur de la différence de réflectivité du laser  lecture.
        • 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 d’onde plus faible (650 nm contre 780 nm)
        • Ainsi, la capacité d’un DVD est 7 fois plus grande que celle d’un CD : 4,7 Go,
        • Soit 133 minutes de vidéo compressée.
        • En superposant deux couches, et en focalisant le laser sur l’une ou l’autre, 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
    • Schémas : http://iram.fr/~dumontro/doc/CD/techno/Techno-optique.htm
      • 3.4 Quelques propriétés et ordres de grandeur
        • Peu consommatrice Robuste Compacte
          • Un lecteur de CD 20X peut lire à une vitesse de 20X150 ko/s (taux du CD Audio) = 3 Mo/s
        • Fragile mécaniquement
        • Rq
        • qq 10 Mo/s
        • qq Mo/s
        • qq Mo/s
        • qq 10 à qq 100 Mo/s
        • Débit
        • 10 ms
        • 100 ms
        • 100 ms
        • 10 ms
        • Temps d’accès
        • qq Go
        • 4,7 Go à 17,7 Go
        • 650 Mo
        • 100 Go
        • Capacité
        • EEPROM
        • Optique
        • Optique
        • Magnétique
        • Type
        • Flash
        • DVD R
        • DVD RW
        • CD R
        • CD RW
        • Disque dur
    • Stockage de résultats de mesure en mémoire : fichiers Transferts de résultats de mesures en mémoire : entrées-sorties CH 4 FICHIERS & GESTION DES ENTREES-SORTIES
    • 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 d’information stockée et au codage de cette information (codage = règle utilisée pour convertir l’information en 0 et 1)
        • Un fichier possède un nom et une extension permettant de reconnaître son type.
        • Exemples d’extensions :
        • .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 d’instrumentation, on est amené à stocker des valeurs numériques issues de l’échantillonnage d’un signal ( acquisition de données).
        • Il existe deux formats principaux pour stocker une série de valeurs numériques : les fichiers textes et les fichiers binaires.
      • 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.
        • 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.
        • Pour résumer,
          • un fichier texte est &quot;traduit&quot; en langage intelligible
          • un fichier binaire est stocké en langage &quot;brut&quot;.
        • 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.
      • 1.3 Fichiers sous LabView
        • Différents V.I permettent la création, l’ouverture, l’écriture ou la lecture, la fermeture de fichiers de type binaire ou texte.
        • Se reporter aux exemples sous LabView.
        • Exemple : écrire dans un fichier binaire :
        • On est souvent amené à vouloir stocker (puis relire) un résultat de mesures disponible sous Labview sous forme d’une 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
      • 1.4 Intérêt des fichiers : exemple
        • Traitement temps réel
        • Utilisation d’un fichier
          • Pour stocker l’information
          • Pour traiter l’information en temps différé
          • Pour simuler des résultats de mesures et tester un traitement du signal
      mesures traitement de la mesure manip résultat
    • Stockage mesures Fichier de mesures réelles Fichier de simulation Manip simulée Fichier de mesures simulées Manip Calcul traitement de la mesure résultat Fichier Fichier
    • 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)
      Bus mémoire Microprocesseur Pont Mémoire centrale bus d’entrées - sorties Périph 2 Périph 1 Bus local ?
        • 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
          • L’accès 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.
      • 2.1 Les entrées-sorties programmées (scrutation ou polling)
          • Le périphérique positionne un indicateur (drapeau – flag) lorsqu’il veut communiquer
          • Le µP vérifie constamment l’état de l’indicateur, dans une boucle
          • Le µP lit et sauve les données quand elles sont disponibles
      données prêtes ? lecture et sauvegarde non oui
        • Cas d’un CAN
      Capteur + conditionneur µP Mémoire centrale Carte d’acquisition : CAN 1 2 3
        • 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
      • 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
      programme utilisateur arrivée interruption traitement de l'interruption : lecture et sauvegarde nécessité de mémoriser l'endroit, les variables….
        • Cas d’un CAN
      µP Mémoire centrale Carte d’acquisition : CAN Capteur + conditionneur 1 IRQ 2 3
        • 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
      • 2.3 Accès direct à la mémoire
          • Le périphérique envoie une demande de DMA lorsqu’un paquet de données est prêt.
          • Le µP envoie au circuit contrôleur de DMA l’adresse mémoire de début des données, la longueur des données, le sens du transfert.
          • Le contrôleur de DMA (inclus dans le chipset) gère alors l’échange de données, directement du périphérique à la mémoire sans intervention du µP, avec priorité sur le bus.
        • Cas d’un CAN
      µP Mémoire centrale Carte d’acquisition : CAN Capteur + conditionneur 1 2 DRQ / OK
        • Avantage
          • permet le transfert de grandes quantités de données (blocs) sans passer par le µP
        • Inconvénient
          • utilisation d'un canal DMA, programmation délicate
      • 2.4 Limitations - évolutions
          • Les cartes d’acquisition sont généralement limitées non pas par leur vitesse d’acquisition 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 d’autres tâches simultanément.
          • La carte anciennement utilisée en TP (PCI 6024E) dispose d’un seul canal DMA : si deux opérations avec transfert de données sont réalisées simultanément, l’une doit utiliser un transfert par interruption.
          • Les nouvelles cartes d’acquisition de National Instrument, série M, possèdent 6 canaux DMA, donc peuvent supporter jusqu’à 6 opérations de transfert pleine vitesse, simultanément.