Informatique d'instrumentation

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IUT ANNECY MPh-MC/2009-2 010 Informatique d'instrumentation 1 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

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Informatique d'instrumentation 1

Dernière mise à jour : 16/10/2009

Intervenants     André Betemps Myriam Chesneau Laurent Goujon

     

Responsable du document :      idem

Auteurs du document :

     Myriam Chesneau

14 hTP :

8 hTD :

4 hcours :

Répartition horaire :

Informatiqued’instrumentation

2009/2010

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Informatique d'instrumentation 2

INFORMATIQUE D’INSTRUMENTATIONINFORMATIQUE 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.

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CH 1 CH 1 CONTRÔLE D’INSTRUMENTSCONTRÔLE 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

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Informatique d'instrumentation 4

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

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Informatique d'instrumentation 5

1. Aspect matériel1. Aspect matériel1.1 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

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Informatique d'instrumentation 6

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.

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Informatique d'instrumentation 7

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

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Informatique d'instrumentation 8

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.

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Informatique d'instrumentation 9

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

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Informatique d'instrumentation 10

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 V1 [ - 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

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Informatique d'instrumentation 11

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.

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Informatique d'instrumentation 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

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Informatique d'instrumentation 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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Informatique d'instrumentation 14

2. Caractéristiques d’un instrument2. 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 InterfaceGPIB n° 0

Instrument RS 232

Instrument RS 232

µo Port série1

Port série2

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Informatique d'instrumentation 15

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)

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Informatique d'instrumentation 16

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)

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Informatique d'instrumentation 17

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 DataNon-reading queries

Single reading (IEEE-488)Multiple readings (IEEE-488)

Single reading (RS-232)Multiple readings (RS-232)

Output Data Format< 80 ASCII character stringSD.DDDDDDDDESDD<nl>SD.DDDDDDDDESDD,...,...,<nl>SD.DDDDDDDDESDD<cr><nl>SD.DDDDDDDDESDD,...,...,<cr><nl>S Negative sign or positive signD Numeric digitsE Exponent<nl> newline character<cr> carriage return character

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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.

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Informatique d'instrumentation 19

3. Programmation3. 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 :

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Informatique d'instrumentation 21

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

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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)

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Informatique d'instrumentation 23

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.

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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….

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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.

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4. Évolutions en contrôle d’instrument4. 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

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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

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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. CH 2. ARCHITECTURE ET COMPOSANTSARCHITECTURE ET COMPOSANTSD’UN ORDINATEURD’UN ORDINATEUR

mches
Un ordinateur est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous forme binaire, c'est-à-dire sous forme de bits. Le mot « ordinateur » provient de la société IBM France. François Girard, alors responsable du service promotion générale publicité de l'entreprise IBM France, eut l'idée de consulter son ancien professeur de lettres à Paris, afin de lui demander de proposer un mot caractérisant le mieux possible ce que l'on appelait vulgairement un « calculateur » (traduction littérale du mot anglais « computer »).Ainsi, Jaques Perret, agrégé de lettres, alors professeur de philologie latine à la Sorbonne, proposa le 16 avril 1955 le mot « Ordinateur » en précisant que le mot « Ordinateur » était un adjectif provenant du Littré signifiant « Dieux mettant de l'ordre dans le monde ». Ainsi, il expliqua que le concept de « mise en ordre » était tout à fait adapté.
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Informatique d'instrumentation 29

1.1.Ordinateur et périphériquesOrdinateur et périphériques

1.1 Organisation

Les 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)

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Informatique d'instrumentation 30

bus

Microprocesseur

Chipsets

Mémoire centrale

Périphériques

bus

Horloge

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Informatique d'instrumentation 31

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)

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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)

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Informatique d'instrumentation 33

Sourc

e :

Inte

l® D

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top B

oard

D

97

5X

BX

2

Tech

nic

al Pro

duct

Speci

fica

tion

B

C

D

E

F

GEE

E

Connecteurs de la carte mère

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Informatique d'instrumentation 34

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Informatique d'instrumentation 35

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

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Informatique d'instrumentation 36

2. Microprocesseur et mémoire2. 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.

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Informatique d'instrumentation 37

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….)

Microprocesseur

Mémoire centraleMémoires

caches

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Informatique d'instrumentation 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

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Informatique d'instrumentation 39

(Données janvier 2008 : deux produits parmi de nombreuses offres…)

Produit AMD Athlon 64X2 6400

Produit

Intel Core2Duo

T7770

Prix 170 € Prix 280 €

Fréquence (GHz)

3.2 Fréquence

(GHz) 2,4

Bus interne (MHz)

- Bus interne

(MHz) 800

Taille Cache L1 (en Ko)

- Taille Cache

L1 (en Ko) -

Taille Cache L2

2X1 Mo Taille Cache

L2 4 Mo

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Informatique d'instrumentation 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 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 2m mots mémoire.

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Informatique d'instrumentation 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.

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Informatique d'instrumentation 42

3. Périphériques3. 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

WifiDisque dur

Clef USB

Lecteur CD / DVD

Haut parleur

Imprimante

WebCam

Microprocesseur

Mémoire centrale

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Informatique d'instrumentation 43

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…

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Informatique d'instrumentation 44

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

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Informatique d'instrumentation 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 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 * 133 106 = 2128 106 bits/secondes = 266 Mo/s.

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Informatique d'instrumentation 46

Les échanges de données sont orchestrés par des circuits appelés contrôleurs de bus,

ponts, ou encore chipsets : les « super contrôleurs d’entrée-sorties »

Bus

mémoireMicroprocesseur Pont Mémoire

centrale

bus d’entrées -

sorties

Périph

2

Périph

1

Bus

local

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IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 47

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 :

1.Bus ISA 1981

2.Bus ISA (pont sud) + Bus PCI 1992 (pont nord)

3.Bus AGP 1997 (Graphique) + Bus ATA (Disque) + Bus PCI (USB, SCSI…)

4. …+ PCI Express 2002

5. Que le PCI Express???

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Informatique d'instrumentation 48

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

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Informatique d'instrumentation 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 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.

bus

mémoire

Microprocesseur + cache(s)

Pont

+ Commutateur

Mémoire centrale

bus

local

Contrôleur USB

Contrôleur de disque

Contrôleur graphique

Autre…

Inte

l® C

ore

™ i7-9

50 P

rocessor

(8M

Cach

e,

3.0

6 G

Hz,

4.8

0 G

T/s

In

tel®

QP

I)

Page 50: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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 000250 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 d’extension : 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…

Page 51: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 51

4. Complément et conclusion4. 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.

Page 52: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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

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.

Page 53: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 53

4.3 Évolution des microprocesseursCache

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.

Page 54: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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 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.

Page 55: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 55

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.

Page 56: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010 Informatique d'instrumentation56

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.CH 3.MEMOIRESMEMOIRES

Page 57: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 57

1.1.GénéralitésGénéralitésUne 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.

Page 58: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 58

bus

mémoire

MicroprocesseurPont Mémoire

centrale

bus d

’entré

es - so

rties

Disque Dur

Flash

Mémoires caches

Registres

ROM

CD

DVD

Mémoires de travail

Mémoires de masse

Page 59: Informatique d'instrumentation

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Informatique d'instrumentation 59

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

Capaci

Rapid

ité

Page 60: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 60

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.

Page 61: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 61

2. Mémoires de travail2. 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.

Page 62: Informatique d'instrumentation

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Informatique d'instrumentation 62

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.

Page 63: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 63

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…)

Page 64: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 64

2.2 TechnologieLes 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.

Page 65: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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.

Page 66: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 66

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…

Page 67: Informatique d'instrumentation

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Informatique d'instrumentation 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

d’accès

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 !

Page 68: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 68

3. MEMOIRES DE MASSE3. MEMOIRES DE MASSECe 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

Page 69: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 69

3.2 Disque durEnregistrement 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

Page 70: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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…)

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

Page 71: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 71

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).

Page 72: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 72

Page 73: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 73

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.

Page 74: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 74

Surface réfléchissante

Matériau à propriété modifiée (dye)

Substrat en poly carbonate

lentille

prisme

diode laser

photo détecteur

Laque de protection

Page 75: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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 ».

Micro-cuvettes

aluminium

Laque de protection

Zones planes

/4

Page 76: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 76

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.

Page 77: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 77

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

Page 78: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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 : 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.

Page 79: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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 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.

Page 80: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 80

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

Page 81: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 81

Schémas : http://iram.fr/~dumontro/doc/CD/techno/Techno-optique.htm

Page 82: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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

d’accès

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

mécaniquementUn lecteur de CD 20X peut lire à une vitesse de 20X150 ko/s (taux du CD Audio) = 3 Mo/s

Peu consommatrice

Robuste

Compacte

Page 83: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010 Informatique d'instrumentation83

Stockage de résultats de mesure en mémoire : fichiers

Transferts de résultats de mesures en mémoire : entrées-sorties

CH 4CH 4FICHIERS & FICHIERS & GESTION DES ENTREES-SORTIESGESTION DES ENTREES-SORTIES

Page 84: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 84

1. FICHIERS1. 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)

4 500 4000

35000

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1 page detexte (ASCII)

1 imagecouleur

1 minute audioCD

1 miniute videoDVD

kilooctets

Page 85: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 85

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.

Page 86: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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.

Page 87: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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.

Page 88: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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.

Page 89: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 89

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 :

Page 90: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 90

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

Page 91: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 91

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

Page 92: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 92

Stockage

mesures

Fichier de mesures réelles

Fichier de simulation

Manipsimulée

Fichier de mesures simulées

Manip

Calcul

traitement de la mesure résultat

FichierFichier

Page 93: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 93

2. Transferts mémoire2. 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

mémoireMicroprocesseur Pont Mémoire

centrale

bus d’entrées -

sorties

Périph

2

Périph

1

Bus

local

?

Page 94: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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

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.

Page 95: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 95

2.1 Les entrées-sorties programmées (scrutation ou polling)

données prêtes ?

lecture et sauvegarde

non

oui

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

Page 96: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 96

Cas d’un CAN

Capteur + conditionneur

µP

Mémoire centrale

Carte d’acquisition

: CAN

1

2

3

Page 97: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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

Page 98: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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

programme utilisateurarrivée

interruption

traitement de l'interruption : lecture et sauvegarde

nécessité de mémoriser l'endroit, les variables….

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IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 99

Cas d’un CAN

µP

Mémoire centrale

Carte d’acquisition

: CAN

Capteur + conditionneur

1

2

3

IRQ

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IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 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

Page 101: Informatique d'instrumentation

IUT ANNECY MPh-MC/2009-2010

Informatique d'instrumentation 101

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 CANµP

Mémoire centrale

Carte d’acquisition

: CAN

Capteur + conditionneur

1

2DRQ / OK

Page 102: Informatique d'instrumentation

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Informatique d'instrumentation 102

Avantage

permet le transfert de grandes quantités de données (blocs) sans passer par le µP

Inconvénient

utilisation d'un canal DMA, programmation délicate

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Informatique d'instrumentation 103

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.