Chapitre 1 : Généralités

1. Introduction

Un ordinateur ou computer en anglais, ne sait manipuler que des nombres sous forme binaire c’est-à-dire avec des 0 et des 1. Il est sensible uniquement à un signal électrique de la forme, « présence de courant électrique  » ou  » absence de courant électrique« .

L’utilisation de l’ordinateur pour réaliser d’autres activités que le calcul, nécessite des techniques pour traduire (coder) l’information (texte, son, images etc.) avec des nombres. C’est la numérisation.

Les scanners, les appareils photo numériques, les enregistreurs mp3, cités à titre d’exemple, sont des dispositifs qui permettent de passer du monde analogique des humains au monde numérique des machines, c’est-à-dire de transformer les informations en nombres que les ordinateurs vont pouvoir manipuler.

De nos jours, le numérique a pris beaucoup de place : L’internet, la radio, la télévision, la téléphonie, la photographie etc. sont numériques et donc manipulables par des machines qui fonctionnent avec des processeurs (PCs, tablettes, smartphones, modems ADSL, ….).Il a ainsi ouvert des possibilités gigantesques en termes de gain de temps, de traitement, de stockage mais également et surtout en termes de transmission des données.

2. Transmission de données

2.1. Définition

La transmission de données consiste à transporter l’information (sous forme de données), d’un endroit à un autre en utilisant un moyen de transport physique appelé support de transmission ou canal de transmission (câble de cuivre,ondes électromagnétiques, fibre optique).

La transmission peut être entre :

• Deux stations en point à point (Figure 1),

• Entre plusieurs stations dans un réseau local (Figure2)

• Entre des stations connectées à un réseau étendu (Figure 3). 

2.2. Représentation des données

La représentation des informations échangées entre les machines doit être de type numérique. Les caractères doivent donc être codés en une suite de 0 et 1.Le codage ASCII devenu l’Unicode permet le passage de l’alphanumérique au binaire et vice-versa.

L’Unicode, développé par le Consortium Unicode, donne d’une manière unifiée à tout caractère de pratiquement toutes les langues un identifiant numérique indépendamment de la plate-forme informatique ou le logiciel utilisés. La dernière version, Unicode 12.0, a été publiée en mars 2019.

2.3. Support de transmission de données

Pour que les stations puissent communiquer ensemble, il faut qu’elles soient physiquement reliées .Le canal permettant ce lien s’appelle support de transmission. Les principaux supports de transmission sont :

• Le câble électrique
• Le câble optique (La fibre optique)
• Les systèmes sans fil

Un canal de transmission peut être constitué d’un ou de plusieurs tronçons d’un même type ou de types différents permettant de faire circuler les données sous forme d’ondes électriques, électromagnétiques, lumineuses ou acoustiques.

2.4. Codage des signaux de transmission

Les informations numériques issues de l’ETTD ou Equipement Terminal de Traitement de Données (l’ordinateur par exemple) sont constituées d’une suite de 0 et 1 et ne peuvent pas circuler sous cette forme sur le support de transmission. Il faut donc les coder sous forme d’un signal prenant deux états selon qu’il s’agisse d’un 0 ou d’un 1.La transformation de la suite binaire formée de 0 et de 1 en un signal à deux états s’appelle codage en bande de base et l’équipement réalisant cette transformation s’appelle ETCD (Equipement Terminal de Circuit de Données) ou codeur bande de base.

Le type de codage à appliquer dépend essentiellement du canal de transmission (support de transmission) utilisé pour le transfert des données et de la vitesse de transmission. Ce codage est effectué par un équipement appelé ETCD (Equipement Terminal de Circuit de Données) comme indiqué en figure 4.

Dans un premier temps, les 1 sont transformés en un signal de niveau V (5Vollts par exemple) et les 0 en un signal de niveau 0 Volt. Nous obtenons ainsi un signal prenant tantôt la valeur 0 V et tantôt la valeur V volts selon qu’il s’agisse d’un 0 ou d’un 1 (Figure 5).

Toutefois le signal ainsi obtenu n’est pas bien adapté à la transmission sur une ligne de transmission. A titre d’exemple si le support est un conducteur électrique (fil de cuivre généralement), le fil va chauffer à cause de la chaleur produite par effet joule du fait que ce signal a une composante continue non négligeable. Pour éviter ce genre d’inconvénients, nous allons donc chercher le codage qui s’adapte au mieux au support de transmission choisi.

Les principaux types de codage sont :

• Codage NRZ : Le codage NRZ (No Return to Zero) consiste à transformer le 0 en –V et le 1 en        +V où V est un niveau de tension (A titre d’exemple, dans la liaison série RS-232, le 0 est codé +12 V et le 1 est codé −12 V.). Le codage NRZ annule pratiquement la composante continue du signal minimisant ainsi la chaleur par effet joule. Il est aussi facile à mettre en œuvre mais il ne convient pas pour le codage de longues séquences de 0 ou 1 contiguës comme sur un réseau du type Ethernet. La figure 6 donne un exemple de codage NRZ pour la suite binaire : 100110

Le codage NRZ est généralement utilisé pour relier l’ordinateur à ses périphériques (Interfaces V.24, RS-232 etc.).

• Codage Manchester : Le codage Manchester consiste à provoquer une transition du signal pour chaque bit à transmettre. Un bit 1 est traduit par un passage de +V à –V (Un front descendant) et un bit 0 est traduit par un passage de –V à +V (Un front montant). Les états de base sont codés par des transitions et non par des niveaux. Le code Manchester est facile à mettre en œuvre et n’a pas de composante continue. En contrepartie, la fréquence haute de la bande passante occupée est doublée. Il est utilisé surtout dans les réseaux informatiques (Ethernet 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T, …) et les liaisons radio courte distance (Télécommandes radio, …). La figure 7 donne un exemple de codage Manchester pour la suite binaire : 1100010

• Codage NRZI (Non Return to Zero Inverted) : Dans ce type de codage une transition est produite pour le bit 1 et pas de transition pour le bit 0.Le débit binaire est égal à deux fois la fréquence maximale du signal, par contre, la transmission de longues séries de 0 peut provoquer une perte de synchronisation. Le codage NRZI est utilisé dans les liaisons de type Fast Ethernet (100BaseFX,) et dans les réseaux de type FDDI. La figure 8 donne un exemple de codage NRZI pour la suite binaire : 1100010

2.5. Protocoles de communication

Pour faire communiquer des machines ensemble, il faut bien sur les relier physiquement mais il faut aussi utiliser un langage commun à toutes ces machines et correctement interprétables par elles. Ce langage commun s’appelle protocole de communication. Un protocole est donc un ensemble de règles et de procédures à respecter lors de l’émission et la réception de données dans un réseau.

TCP/IP est un ensemble de protocoles de communication .Cet ensemble est actuellement adopté dans l’écrasante majorité des réseaux de communication.

2.6. Unités

2.6.1. Bit, Mot, Message et Bloc

Les systèmes de communications numériques véhiculent des informations sous forme binaire :

• La quantité élémentaire est le bit.
• Un certain nombre de bits forment un mot (caractère ou symbole).
• Un message est composé d’un certain nombre de mots.
• Un mot de 8 bits s’appelle octet ou byte en anglais
• Un bloc est une tranche d’un message.

2.6.2. Débit binaire

Le débit binaire D (en bit/s ou bps) est le nombre de bits effectivement transmis sur la ligne par unité de temps, autrement dit par seconde. Le tableau de la figure 5 donne les multiples du bit.

3. Exercices de Compréhension

Question 1 : Dans un ordinateur, pourquoi faut-il représenter les textes, les images, les sons, etc., par des nombres ?

• C’est un choix industriel.
• Les ordinateurs ont été inventés par des mathématiciens.
• Tout ordinateur est fondamentalement une machine qui calcule avec des nombres.

Question 2 : Que signifie numérisation ?

• L’opération qui consiste à représenter sous forme de nombres une information quelle qu’elle soit.
• L’opération qui consiste à citer tous les nombres (1, 2, 3, 4, ….).

Question 3 : Parmi les dispositifs ci-dessous, quels sont ceux qui sont équipés d’un ou de plusieurs processeurs ?

• Smartphones
• Box ADSL
• Ordinateur
• Tablettes
• Lecteur mp3

Question 4 : Le mot PC :

• Que signifie-t-il ?
• En quelle année est-il apparu ?
• Quelle quantité en a-t-on fabriqué ?

Question 5 : Que dit la loi de Moore ?

• Que s’il existe au moins deux façons de faire quelque chose et qu’au moins l’une de ces façons peut entraîner une catastrophe, il se trouvera forcément quelqu’un quelque part pour emprunter cette voie.
• Que la puissance d’un ordinateur double tous les 2 ans environ.

Question 6 : En utilisant la loi de Moore quelle est la différence de puissance à laquelle on peut s’attendre entre un ordinateur A conçu en 1990 et un ordinateur B conçu en 2002 ?

• Ils sont tous les deux aussi puissants.
• L’ordinateur B est environ 20 fois plus puissant que l’ordinateur A.
• L’ordinateur B est environ 60 fois plus puissant que l’ordinateur A.
• L’ordinateur B est environ 150 fois plus puissant que l’ordinateur A.

Question 7 : On est parfois confronté à des programmes bugués. D’où vient le terme bug ?

• En anglais, bug signifie insecte. Un papillon de nuit s’était glissé dans le mécanisme d’un des premiers ordinateurs, un relais a été grillé provoquant une panne.
• Bug était le surnom d’un programmeur chez Microsoft, réputé pour commettre beaucoup d’erreurs.
• Bug est un mot d’argot français pour dire « stupide comme un ordinateur ».

Question 8 : L’horloge du processeur a pour rôle de définir la cadence de travail du processeur, soit, sa vitesse de calcul. La fréquence d’horloge se mesure en kHz, en Mhz ou en GHz. Cela correspond au nombre maximal d’opérations élémentaires qu’un ordinateur peut effectuer en une seconde. Retrouver la date d’apparition et la fréquence d’horloge des machines suivantes :

• Apple I
• IBM PC
• Smartphone Samsung Galaxy S4

Question 9 : Combien de temps en heures faut-il pour télécharger un fichier de 100Mbit si la liaison a un débit de 10kbit/s ?

Question 10 : Quelle est la valeur de la fréquence 8,5 GHz en kHz ?

Question 11 : Rappelez les principes des codages suivants : NRZ, NRZI, RZ, Manchester(ou biphase).

Question 12 : Donner la séquence binaire de la figure 10 si le codage NRZI a été utilisé.