C A H I E R
04 Les unités périphériques
Le processus du traitement automatisé de l'information nécessite la mise en oeuvre de fonctions d'échange et de stockage des données.
Ces fonctions sont réalisées par des "machines" externes à l'ordinateur et appelées unités périphériques.
La fonction d'échange est indispensable à la communication des informations à l'utilisateur. Elle est assurée par les unités périphériques telles que l'écran, le clavier, la souris, l'imprimante, le terminal, le modem, etc ...
La fonction de stockage est assurée selon deux modes.
Le mode "interne" permet l'implantation temporaire des données dans la mémoire centrale de l'ordinateur pour y subir un traitement.
Le mode "externe" assure la conservation permanente des données dans l'attente de leurs traitements. Lorsque les données sont mémorisées de façon durable dans le temps, le stockage est alors appelé archivage.
Cette fonction de stockage est assurée par des unités périphériques appelées "mémoires auxiliaires" telles que les disques, bandes, cartouches magnétiques ou les supports optiques.
A chaque catégorie d'unités périphériques est associé un contrôleur de périphériques qui gère le fonctionnement de ces unités et de l'interface avec l'unité centrale.
LES UNITES PERIPHERIQUES D'ECHANGE
LES IMPRIMANTES
Dès les tout premiers ordinateurs, la nécessité de produire les résultats des traitements informatisés sous une forme directement exploitable par l'homme s'est fait sentir.
Et l'avènement de l'ordinateur, bien loin de supprimer le support papier, a suscité même de nouveaux besoins, en matière de statistiques notamment.
De sorte que, parallèlement à celle de l'ordinateur, une technologie de l'impression s'est développée.
Pour améliorer l'automatisation de l'impression, une grande variété de support papier et d'imprimantes couvrant un intervalle étendu de prix et de performances, ont vu le jour.
LE SUPPORT PAPIER
L'impression des résultats d'un traitement ordinateur nécessite, selon l'imprimante, des formats et des types de papiers différents.
Le papier peut être de format continu (listing), d'aspect standard vierge ou zoné (sans cadre prédéfini), ou pré-imprimé (cadre défini, imprimé de déclaration, ...).
Le papier listing comporte deux parties perforées (appelées bande caroll) situées de chaque côté et nécessaire au mécanisme d'entraînement de l'imprimante.
Il peut se présenter sous un format carboné, autorisant ainsi l'impression en plusieurs exemplaires.
Le papier listing est utilisé principalement pour les éditions de masse pour lesquelles il fait l'objet de travaux de "finition" (décarollage, massicotage, décarbonage, mise sous enveloppe, ...) avant sa diffusion aux divers destinataires.
Le papier d'impression peut être également utilisé en format discontinu ou feuille à feuille tels que les formats A3 et A4.
Figure 1 Exemple d’imprimante thermique
Des papiers spéciaux sont nécessaires pour les impressions thermiques.
LES TECHNIQUES D'IMPRESSION
Les techniques d'impression ont évolué considérablement.
Plusieurs procédés d'impression sont commercialisés que l'on peut classer en impression à impact ou non impact.
L'impression peut être en noir et blanc ou en couleur.
LES IMPRESSION A IMPACT
Le dispositif d'écriture utilise un procédé d'impact mécanique qui vient frapper le papier. Il permet, de ce fait, de faire des copies carbone.
Ce type d'impression nécessite un papier encreur, intercalé entre le dispositif d'écriture et le papier.
Le dispositif d'écriture est composé, soit de lettres préformées en métal disposées sur un support, soit de têtes d'impression matricielle.
L'aspect mécanique de la technologie à impact (entraînement du papier, impression) est important ce qui est de nature à limiter les performances de ces imprimantes et à en fragiliser leurs fonctionnements.
LES IMPRESSIONS CARACTERE/CARACTERE
L'imprimante à boule
Dans cette imprimante (créée par IBM), les caractères préformés sont inscrits sur une sphère interchangeable (on peut donc choisir parmi différents jeux de caractères) et la vitesse est d'environ 15 à 30 cps.
Cette imprimante a obtenu un grand succès mais n'est plus utilisée de nos jours.
L'imprimante à marguerite (daisy wheel)
Le mécanisme d'impression est composé d'un assemblage de lamelles métalliques à l'image d'une
"marguerite". Chaque "pétale" porte un caractère préformé à son extrémité. Le pétale, sélectionné par rotation, frappe le papier et le ruban encreur interposé. Ces imprimantes permettent des vitesses de 20 à 80 cps.
Figure 2 L'imprimante à marguerite
Imprimantes matricielles
Des performances nettement supérieures sont fournies par les imprimantes matricielles (matrix printers), dites aussi imprimantes par points (dot printers). Les caractères sont composés à partir de points sélectionnés dans une grille appelée matrice, de taille allant de 5x7 à 16x35, mais de façon plus standard 7x9 ou 9x13, selon la qualité d'impression désirée. La tête d'impression se déplace le long de la ligne à imprimer; elle comporte autant d'aiguilles que de points dans une colonne de la matrice; ces aiguilles peuvent être actionnées par des électro-aimants. Chaque aiguille peut frapper le papier et naturellement le ruban interposé. Simple et fiable, cette technologie permet de produire des imprimantes peu coûteuses. Leur résolution est relativement faible.
Figure 3 Imprimantes matricielles
LES IMPRESSION LIGNE/LIGNE
Impression à cylindre
Cette technique d'impression n'est plus utilisée de nos jours.
La tête du mécanisme d'impression avait la forme d'un cylindre sur lequel les caractères étaient gravés. L'écriture d'un caractère exigeait un ajustement en hauteur du cylindre, suivi par une rotation amenant le caractère choisi en face du papier. Entre cylindre et papier se trouvait un ruban imbibé d'encre.
L'impression se faisait par ligne à l'aide de marteaux, et la vitesse était de l'ordre de 600 lignes par minute.
Ces imprimantes offraient une relativement bonne qualité d'impression lorsque les lettres étaient bien alignées.
Imprimantes à chaîne
Ces imprimantes sont caractérisées par des caractères préformés et gravés sur une bande de métal (appelée chaîne ou belt) en rotation rapide autour de deux axes situés de part et d'autre du papier.
Pour chaque position d'impression le long de la ligne d'impression, il existe un marteau qui frappe le ruban et le papier au passage du caractère désiré. Pour cette raison on les appelle aussi imprimantes à la volée (on-the-fly printers).
La vitesse moyenne de cette technique d'impression est de l'ordre de 1.200 lpm (ligne par minute). Elles peuvent atteindre des performances de l'ordre de 15.000 lpm pour les imprimantes équipées d'un double système d'impression se partageant chacun les moitiés inférieures et supérieures d'une page.
Sur les imprimantes les plus récentes, la chaîne de caractère intègre le ruban encreur qui porte le nom de "ruban embossé".
Ces imprimantes équipent les moyens et gros systèmes ordinateurs.
LES IMPRESSION NON IMPACT
On peut classer dans cette catégorie les imprimantes thermiques, les imprimantes à jet d'encre, et les imprimantes à laser.
La technique d'impression n'utilise pas de ruban encreur.
La qualité d'impression de ces imprimantes est déterminée par la densité des points imprimés qui s'exprime en ppp (points par pouce) ou dpi (dots per inch).
LES IMPRESSION CARACTERE/CARACTERE
Imprimantes thermiques
Les imprimantes thermiques ressemblent aux imprimantes matricielles à aiguilles. Mais au lieu de frapper un ruban, les aiguilles brûlent la surface d'un papier sensible à la chaleur.
Le fonctionnement est silencieux mais nécessite l'utilisation d'un papier spécial.
Concernant l'impression thermique couleur, il y a deux technologies: le transfert thermique et la sublimation thermique. Ces deux technologies utilisent un rouleau de Cellophane recouvert d'une encre à l'état solide composé d'une succession de régions jaune, cyan et magenta dont la taille est celle de la surface d'impression. Une série de têtes thermiques est disposée perpendiculairement au sens de défilement du papier. L'impression d'une feuille couleur nécessite donc le passage du papier devant chaque couleur, ce qui fait trois passages.
La technologie du transfert thermique utilise un rouleau de Cellophane recouvert d'une encre à base de cire. Lorsque l'une des têtes thermiques est activée, sa chaleur fait fondre la cire qui est transférée sur le papier par une pression mécanique pour obtenir un point d'une couleur particulière. Par superposition des trois couleurs primaires on obtient les couleurs de base rouge, vert, bleu, et noir. Toutes les autres couleurs sont obtenues par juxtaposition des points, l'image est donc composée d'une trame. La résolution est d'environ 300 ppp ce qui donne des impressions de bonne qualité.
La technologie de la sublimation thermique utilise un rouleau de Cellophane recouvert d'un colorant spécial. Quand l'une des têtes thermiques est activée, sa chaleur fait passer le colorant de l'état solide à l'état gazeux. Il se diffuse alors sur le papier et retourne à l'état solide.
Contrairement au transfert thermique, la chaleur ne transforme pas obligatoirement la totalité du colorant en gaz. La quantité de colorant est fonction de la température de la tête thermique ce qui permet de définir très précisément l'intensité des couleurs primaires (256 intensités différentes).
La superposition permet d'obtenir des millions de couleurs, ce qui donne des impressions sans trame d'une excellente qualité proche de celle d'une photographie classique. Ces imprimantes sont les plus coûteuses.
Imprimantes à jet d'encre
Les imprimantes à jet d'encre sont également silencieuses et leur vitesse est comparable à celle des imprimantes thermiques, mais elles ont l'avantage de pouvoir imprimer tout symbole ou graphisme sans les contraintes des imprimantes matricielles. Leur principe de fonctionnement consiste dans la création d'un faisceau de gouttelettes d'encre chargées électriquement et dirigées sur le papier avec une grande précision par un système de plaques de déviation. La qualité d'impression est très bonne et cette technique permet aussi d'imprimer en couleurs en utilisant des encres de couleurs différentes. La résolution varie entre 200 ppp et 400 ppp.
Figure 4 Imprimantes à jet d'encre
Le procédé d'impression couleur utilise les trois couleurs primaires: le jaune, le cyan et le magenta, ainsi que le noir, qui par superposition et juxtaposition, permet de créer une vaste palette de couleurs.
Les imprimantes les plus récentes sont livrées avec deux dispositifs d'impression comportant l'un une cartouche d'encre noir et blanc et l'autre une cartouche couleur.
LES IMPRESSIONS PAGE/PAGE
Imprimantes laser
Les imprimantes à laser utilisent des méthodes électrostatiques.
L'image électrostatique de la page à imprimer est formée point par point sur un tambour photoconducteur recouvert d'une couche photosensible.
Le tambour passe devant une station de développement ou station d'encrage où l'encre (toner) chargée électriquement (particules noircissantes : encre sèche, charbon, etc.) est attirée uniquement par les points précédemment chargés (de signe électrique opposé). L'image est ensuite imprimée par friction du papier sur le tambour en exploitant la force entre charges électrostatiques.
Les particules d'encre sont définitivement fixées sur le papier en passant devant une station de
"chauffage".
Cette technique permet l'impression sur du papier ordinaire.
On trouve une vaste étendue d'imprimantes laser couvrant les besoins d'impression divers allant du micro-ordinateur au mainframe.
Figure 5 Imprimantes laser
Les vitesses d'impression varient de une à quelques pages/minute jusqu'à plusieurs centaines de pages/minute.
Les imprimantes à laser peuvent écrire textes et images sur des feuilles de papier ordinaire séparées (format A4 ou A3) ou sur du papier en format continu (listing). On atteint des résolutions verticales et horizontales variant entre 300 dpi (environ 12 points par millimètre) et 2.000 dpi. Le standard actuel se situe à 600 dpi.
Ces nouvelles technologies d'impression par pages impliquent des mémoires locales capables de contenir la description point par point de la page à imprimer. Dans une imprimante laser, le rayon lumineux est modulé suivant la lecture des points successifs de la mémoire-image. Les systèmes modernes permettent l'insertion dans le texte de figures, tableaux et formules mathématiques.
Pour décrire une page on utilise un langage de description de page (PDL: Page Description Language). Le plus célèbre de ces langages est le langage PostScript.
Le langage PostScript
Le langage PostScript, développé par la compagnie Adobe en 1983, permet de décrire les différents éléments composants une page, à savoir, des lignes, des courbes, des caractères, des niveaux de gris et des couleurs. Il permet de décrire très précisément quelle est la position de chaque élément dans la page, quelle est sa taille, quel est son angle de rotation, s'il comporte des contours à remplir ou non.
Chaque caractère est défini par un ensemble de courbes cubiques. Il est donc paramétré, ce qui permet de le dessiner dans n'importe quelle taille facilement.
La transformation d'une page PostScript en une image point est effectuée par l'imprimante elle- même. On dit que c'est une imprimante PostScript.
Ce langage est devenu le langage de référence et il s'impose comme un standard de facto. Il commence à être également utilisé pour les écrans.
Imprimantes magnéto-graphiques
Le principe d'impression de ces imprimantes est comparable à celui du laser à la différence que l'image de la page à imprimer est magnétisée sur le tambour par un dispositif de tête d'impression magnétique.
Les imprimantes traçantes (traceurs de courbes ou plotter)
Ces imprimantes sont spécialisées dans l'impression de dessin de très bonne qualité.
Il y a plusieurs types de traceurs: monochromes ou plurichromes, à rouleau ou à table à dessiner, etc. On peut dire que par analogie aux écrans, les traceurs de courbes sont similaires aux écrans vectoriels alors que les autres types d'imprimantes sont similaires aux écrans à balayage TV.
Dans un traceur à rouleau de papier, la plume ne se déplace que selon un axe horizontal le long d'une génératrice du cylindre. La composition des deux mouvements de la plume et du rouleau de papier permet de tracer des courbes en deux dimensions.
Dans les traceurs du type table, la plume se déplace selon deux directions orthogonales sur le papier posé à plat.
Figure 6 Table traçante
La plupart des traceurs sont incrémentaux avec des déplacements de l'ordre du dixième, voire du centième de millimètre. On peut généralement utiliser plusieurs plumes d'épaisseurs ou de couleurs différentes, le choix pouvant être fait par programme. Les traceurs modernes sont dotés d'un microprocesseur qui se charge d'interpréter les commandes reçues et de générer la longue séquence d'ordres élémentaires (lever ou abaisser la plume, choisir l'épaisseur et la couleur du
trait, déplacer la plume dans l'une des directions possibles, etc.) nécessaires à l'exécution du travail par le traceur.
Les traceurs sont spécialement indiqués pour l'impression de figures géométriques car l'impression d'un dessin est réalisée d'un trait continu.
L'ECRAN/CLAVIER
Ce périphérique permet à l'utilisateur une communication interactive indispensable avec l'ordinateur. Son unité d'entrée est constitué du clavier (keyboard) ou d'une souris (mouse) et son unité de sortie d'un écran de visualisation (display).
LE CLAVIER
Le clavier est le dispositif d'interaction par excellence pour tout ce qui se rapporte à la saisie de textes. D'autres dispositifs tels que la souris offrent un moyen complémentaire d'action pour la manipulation d'objets sur l'écran.
Les touchent d'un clavier d'ordinateur engendrent des signaux électroniques. A l'aide de tables stockées dans une mémoire ROM, un codage approprié associe chacune des touches du clavier à une codification normalisée telles que les codifications ASCII ou EBCDIC.
Un réseau de câbles est placé sous le clavier, chaque touche étant positionnée au-dessus d'une intersection.
Un circuit électrique est fermé lors d'une pression sur une touche; celle-ci est détectée par un microprocesseur associé au clavier qui établit le code correspondant et l'envoie à l'ordinateur.
Si le terminal est directement relié à l'ordinateur, le clavier envoie les signaux correspondant aux bits du code par une interface parallèle.
L'ordinateur réagit en affichant le caractère correspondant sur l'écran vidéo.
L'ECRAN
LES ECRANS A TUBE CATHODIQUE (OU MONITEUR)
Le tube à rayons cathodiques (TRC) (ou CRT: Cathode Ray Tube) est basé sur les mêmes principes techniques que les téléviseurs.
Figure 7 Ecran
Un filament incandescent émet des électrons, qui sont projetés vers l'écran par un système d'accélération, de focalisation et de déviation. Le faisceau d'électron peut être dirigé avec une grande précision sur l'écran, à l'endroit choisi, où il provoquera la luminescence d'un phosphore spécial recouvrant la paroi interne de l'écran.
Figure 8 Fonctionnement de l’écran cathodique
Dans un écran couleur, trois faisceaux séparés excitent chacun une couche de luminophores de couleur différente.
Pour obtenir une image persistante, il faut rafraîchir l'image 25 à 50 fois par seconde.
On peut classer les écrans de visualisation en deux types, selon leur spécialisation dans l'affichage de textes (écrans caractères) ou dans la formation d'images (écrans graphiques). Mais avec la diminution des coûts du matériel et l'émergence des interfaces utilisateurs graphiques, les écrans caractères tendent à disparaître au profit des écrans graphiques.
LES ECRANS CARACTERES
Un écran caractère est limité à l'affichage de caractères répartis sur un certain nombre de lignes.
Le faisceau d'électrons balaie l'écran par lignes (raster scan). Chaque ligne est composée de plusieurs centaines de points. Comme pour les imprimantes à aiguilles, chaque caractère est formé par une configuration de points choisis sur une grille.
Si les caractères sont définis sur des matrices 5x7, ils occuperont des cellules de 7x10 points pour tenir compte des espaces séparateurs entre les caractères et entre les lignes vidéo.
L'écran contient généralement une page de texte organisée en 24 lignes et 80 colonnes.
Un faisceau lumineux (spot) le balaye sur 264 lignes, dont 240 seront retenues pour l'écriture du texte. Le balayage de l'écran est répété systématiquement 50 fois par seconde. Dans certains cas, l'écran est "rafraîchi" par lignes alternées (paires ou impaires) 25 fois par seconde (mode entrelacé).
A chaque ligne de balayage, le terminal répète les actions suivantes :
• chercher le caractère suivant dans la mémoire RAM locale (qui contient le texte à afficher) ;
• lire la séquence de bits correspondant au caractère désiré et à la ligne vidéo courante dans la mémoire ROM locale (où sont enregistrées les définitions matricielles des caractères) ;
• interpréter les bits 0/1 provenant de la matrice comme des commandes pour l'intensité du faisceau.
Les informations à afficher sont stockées dans une mémoire RAM dite de rafraîchissement qui est locale à l'écran. Les informations affichées à l'écran sont changées par modification du contenu de la mémoire de rafraîchissement.
LES ECRANS GRAPHIQUES
Les écrans graphiques, outre l'affichage des caractères, permettent l'affichage de toutes sortes d'images ou de dessins. Avec l'apparition des interfaces utilisateurs graphiques basées sur l'utilisation de fenêtres déroulantes, d'ascenseur et d'icônes, ils ont supplanté les écrans caractères.
Il existe deux types d'écrans graphiques: les écrans à balayage TV et les écrans à balayage cavalier ou par vecteurs (vector displays). Ces derniers tendent à disparaître au profit des écrans à balayage TV.
Les écrans à balayage TV
L'écran est divisé en petits domaines élémentaires ou pixels qui forment un certain nombre de lignes et de colonnes. Le terme pixel résulte de la contraction de "picture elements".
Les premiers écrans étaient des écrans monochromes pouvant afficher des images binaires (bitmap) où chaque pixel est représenté par un bit à l'état allumé ou éteint.
Sont apparus ensuite les écrans à niveaux de gris, où chaque pixel peut avoir un certain niveau de gris. Plusieurs bits sont nécessaires pour coder le niveau de gris d'un pixel (8 bits permettent de représenter 256 niveaux de gris).
Certains écrans permettent de définir plusieurs niveaux de gris pour chaque pixel. Dans ce cas, il faut associer n bits à chaque pixel pour obtenir 2n niveaux ou tonalités de gris.
C'est une image pixmap.
On peut faire évoluer l'image en changeant le contenu de la mémoire-image. Indépendamment du contenu, l'image est rafraîchie périodiquement sur l'écran ligne par ligne. Une technique avancée permet un rafraîchissement entrelacé où, dans une première passe toutes les lignes paires sont rafraîchies puis, dans une seconde, toutes les lignes impaires.
Les écrans couleur permettent l'affichage des images en couleurs, qui nécessite des mémoires- image plus grandes permettant de mémoriser pour chaque pixel de l'écran les valeurs des trois couleurs de base.
Une mémoire-image est prévu par canon d'électrons, chaque faisceau étant dirigé sur une couche de phosphore donnant l'une des trois couleurs fondamentales, le bleu, le vert ou le rouge.
Un grand nombre de nuances de couleurs est obtenu en mélangeant les trois couleurs de base.
On trouve généralement des écrans 8 bits et des écrans 24 bits. Ils diffèrent principalement par la taille de la mémoire image. Dans un écran 8 bits chaque pixel est représenté par 8 bits. Lors de l'affichage on utilise une table, appelée table de couleurs (color lookup table), qui fait correspondre une couleur particulière à chacune des 256 valeurs possibles. On peut donc afficher 256 couleurs simultanément, ces couleurs pouvant être prises dans une large palette. Avec un écran 24 bits, on n'a plus besoin d'une table de couleurs, chaque pixel est représenté par 24 bits (8 bits par couleur) ce qui permet d'avoir une palette de plusieurs millions de couleurs disponibles pour chaque pixel (224 = 24 x 106 = 16 millions de couleurs différentes).
Les écrans vectoriels ou à balayage cavalier
Dans ce type de visualisation, l'écran est adressé point par point mais sans balayage systématique.
Le faisceau est programmé pour dessiner une image par traits, selon un parcours défini par une séquence de commandes stockées dans une mémoire locale.
Le rafraîchissement de l'image est accompli en suivant les traits dans l'ordre dicté par le programme. Comme pour tout autre type d'écran TRC, il est indispensable de rafraîchir les traits composant l'image au moins 50 fois par seconde.
Un écran TRC à balayage cavalier trace les images avec un faisceau continu et non avec un rayon modulé allumé/éteint comme c'est le cas pour les moniteurs à balayage TV. Les écrans vectoriels sont adaptés aux applications où dominent les lignes, les structures filiformes, les dessins par traits.
Cependant cette méthode ne peut pas reproduire des images pleines telles que des photographies.
LES ECRANS PLATS
La miniaturisation de l'électronique a entraîné le développement des affichages à écrans plats, plus petits, plus légers et moins fragiles que les tubes à rayons cathodiques. Des progrès sensibles sont encore à attendre dans ce domaine où des techniques, telles que les cristaux liquides ou les écrans à plasma, sont en train de devenir compétitives.
Figure 9 Ordinateur portable
Les écrans à cristaux liquides (LCD) (Liquid Crystal Display)
Ces écrans sont utilisés depuis des années dans l'affichage des montres digitales et, plus récemment, pour les petites télévisions portables. Les cristaux liquides se présentent comme un liquide où les molécules ont une structure cristalline. Les cristaux liquides utilisés sont arrangés en couches en formant une spirale. Les molécules de la couche supérieure forment un angle droit avec celles de la couche inférieure. Quand un champ électrique est appliqué, les molécules s'alignent toutes parallèlement les unes par rapport aux autres. De plus, quand les cristaux liquides sont orientés à 90°, ils ont la propriété de changer la polarisation de la lumière aussi de 90°.
Le principe de fonctionnement de base prend en sandwich des cristaux liquides entre deux filtres polarisants orientés à 90°.
Un filtre polarisant laisse passer un rayon lumineux orienté parallèlement au filtre. Ainsi, à l'état normal, la lumière traverse les différentes couches. Si l'on applique une tension suffisante aux cristaux liquides, ceux-ci s'orientent de manière parallèle et le rayon lumineux n'est plus polarisé et est arrêté par le filtre polarisant. La quantité de lumière traversante peut être modulée par l'orientation des cristaux liquides eux-mêmes, modulés directement par la tension électrique appliquée.
Dans les écrans couleur, chaque pixel est composé de trois sous-pixels, un par couleur (bleu, rouge et vert). Un film comportant des bandes alternatives colorées ajoute la couleur à la lumière émanant du cristal liquide.
Il existe deux technologies pour appliquer un signal électrique aux cristaux liquides: la matrice passive et la matrice active.
La technologie de la matrice passive consiste à utiliser une matrice de fils électriques jouant le rôle d'électrodes. L'intersection d'un fil horizontal avec un fil vertical permet de déterminer la charge appliquée à un point particulier de l'écran. Seul un pixel peut être activé à la fois car il faut sélectionner une ligne et une colonne. La technologie de matrice active, appelée aussi TFT (Thin Film Transistor) consiste à remplacer la matrice d'électrodes par une matrice de transistors, chacun contrôlable directement. Cette technologie, offrant des écrans d'excellente qualité, est beaucoup plus complexe à maîtriser. Il est, en effet, nécessaire de produire des films comportant plusieurs millions de transistors sans aucun transistor défectueux.
Les écrans à plasma
Ces écrans sont composés d'une matrice d'ampoules néon miniatures. Des électrodes horizontales et verticales connectent toutes les ampoules d'une même ligne et celles d'une même colonne.
Chaque ampoule peut être allumée ou éteinte. Pour en allumer une, il faut appliquer une certaine tension aux lignes horizontale et verticale correspondant à cette ampoule. Le principal avantage de ces écrans est qu'ils ne nécessitent pas de rafraîchissement périodique. Ils offrent un affichage très stable, mais ils nécessitent beaucoup d'énergie.
LES ACCESSOIRES PERIPHERIQUES A L'ECRAN/CLAVIER
L'image affichée à l'écran subit généralement des manipulations (par exemple, modifications, effacement, agrandissement ou déplacement).
Un certain nombre d'accessoires périphériques permettent ces manipulations.
Souris, trackball et joystick
- le clavier permet de modifier du texte et de déplacer une marque clignotante affichée sur l'écran et appelée curseur,
- la souris (mouse) est un dispositif (à un ou plusieurs boutons) tenue dans le creux de la main et déplacée sur une surface plane qui permet une interaction plus aisée que le clavier pour tout ce qui concerne le positionnement du curseur.
Elle permet par ailleurs d'intervenir sur différents objets graphiques de l'écran (icône, fenêtre déroulante, ascenseur, ...).
Une souris peut fonctionner selon différents principes: soit par l'intermédiaire d'une boule qui entraîne deux roues (horizontale et verticale) permettant de quantifier les déplacements relatifs de la souris, soit par un rayon lumineux et une tablette recouverte d'un fin quadrillage sur laquelle on déplace la souris. Avec l'avènement des micro-ordinateurs portables sont apparues des variantes de la souris comme la manette à boule (trackball) et plus récemment la souris tactile.
- la manette de jeu (joystick) est spécifiquement adaptée pour les jeux interactifs.
Le crayon optique (light pen)
Il s'agit d'un détecteur de lumière, envoyant un signal au moment précis où le faisceau rafraîchit le point indiqué. Il est utilisé comme un stylo, pointé sur l'écran à l'endroit choisi en pressant sur un bouton interrupteur. La corrélation entre le point signalé et l'élément concerné dans la mémoire-image est établie automatiquement à l'instant où le crayon détecte le passage du faisceau.
Avec les nouvelles générations d'ordinateurs portables, apparaissent de nouveaux dispositifs d'interaction tels que des stylos qui permettent d'écrire directement sur l'écran pour interagir avec la machine.
Figure 10 Tablette à digitaliser
Ecrans tactiles (touchscreens)
Les écrans tactiles permettent à l'utilisateur de pointer et de toucher directement avec le doigt un point de l'écran.
Ce système est adapté à certaines utilisations spécifiques telles que des systèmes d'informations ou de réservation dans les lieux publics.
Figure 11 Scanner
LES DIGITALISEURS
Figure 12 Digitaliseur
Les digitaliseurs (scanners) sont des équipements périphériques qui permettent de numériser une image à partir d'une copie sur un support solide tel que le papier. Le résultat de la digitalisation est une image digitale ou numérique stockée dans un fichier. On peut ainsi digitaliser n'importe quelle type d'image - une photographie, une page de textes, des dessins - en un fichier graphique.
Différents appareils permettent de digitaliser à partir d'images papier, de transparents, de diapositives ou de négatifs photo. La précision de ces appareils varie de 100 à plus de 1.000 dpi.
Les digitaliseurs fonctionnent selon le principe suivant: la couleur blanche réfléchit pratiquement toute la lumière alors que la couleur noire ne réfléchit presque rien. La réflexion des différents niveaux de gris est directement proportionnelle à leur intensité. Les digitaliseurs d'images papier mesurent la réflexion de la lumière alors que les digitaliseurs de supports transparent tels que les films radiographiques mesurent la transparence c'est-à-dire non plus la réflexion de la lumière mais son absorption.
La plupart des digitaliseurs utilisent des cellules CCD (Charge Coupled Device) pour mesurer la quantité de lumière qui leur parvient. Une cellule CCD transforme une quantité de lumière en un signal électrique qui lui est proportionnel. Ensuite le signal électrique est transformé en valeur numérique.
Les appareils couleur nécessitent trois passages au-dessus de l'image. En effet il faut évaluer chacune des trois couleurs primaires séparément. Pour cela ils utilisent des filtres colorés, un par couleur primaire (rouge, vert et bleu).
Un logiciel intéressant généralement associé aux digitaliseurs est celui de reconnaissance des caractères OCR (Optical Character Recognition). Le principe d'un digitaliseur est de créer une image numérisée à partir d'une image réelle. Si celle-ci se trouve être un texte dactylographié ou manuscrit, le programme d'OCR permet, après la digitalisation, d'effectuer une analyse de reconnaissance des caractères. Ainsi on peut tenter de récupérer un fichier texte et non plus uniquement un fichier graphique. Ce fichier texte peut ensuite être édité à l'aide d'un logiciel de traitement de texte.
LES IMPRESSION SUR MICROFICHES (OU MICROFILM)
Un certains nombre d'édition sont produites sur des microfiches (ou des microfilms).
L'impression utilise les principes de la photographie.
Une page d'édition est photographiée sur une vue.
LES SUPPORTS
Le microfilm se présente sous la forme d'une bobine de film photographique continue de 16 ou 35 mm, d'une longueur de 30 mètres.
Il offre des réduction x24 (2.400 vues) ou par x42 (6.000 vues).
Plus utilisée, la microfiche est une fiche photographique "négative" ou "positive" de 105mm sur 148mm.
Elle offre des réductions de :
• x24: 63 ou 98 pages ;
• x42: 224 pages ;
• x48: 268 pages (préconisée par la normalisation).
Une vue située en bas à droite de la fiche sert de vue "index" et permet de retrouver les coordonnées de chaque vue au sein de la fiche.
LE C.O.M. (COMPUTER OUTPUT ON MICROFILM)
Le COM est l'unité qui permet la production des microfiches (ou microfilms).
C'est un mini-ordinateur, pourvu d'un lecteur de bobine magnétique, et plus récemment de cartouche magnétique.
Un processeur pourvu d'une mémoire centrale pilote le fonctionnement d'ensemble du COM.
La page à imprimer est composée sur un écran cathodique à partir des enregistrements du fichier d'édition mémorisé sur le support magnétique.
La reconstitution des pages nécessite la mémorisation sur le fichier de codes de saut de ligne et de page particuliers.
Lorsque l'image de la page est affichée sur l'écran, on lui superpose l'image appropriée d'un cadre de page à l'aide d'un "slide".
Une photographie est prise, et le développement suit immédiatement qui conduit à la production d'un "négatif".
Ces microfiches "négatives" servent aux duplications de jeux de fiches complémentaires.
COUTS DE PRODUCTION
Cette technique est particulièrement avantageuse en terme d'économie de temps et de coûts de production et de part la réduction du volume de documents produits qu'elle autorise.
En termes de temps de production, l'édition par mois de 200.000 pages, à raison de 40 lignes/page, en 2 exemplaires, représente :
• en temps de travaux d'édition/finition d'une impression papier 155 heures ;
• en temps de production, de développement, de massicotage et de duplication 25 heures, soit un gain de 130 heures/ mois.
En terme d'encombrement, 1.000.000 de pages représentent :
• pour un stockage papier un volume équivalent à 80 m3 (soit 40 armoires) pour un poids de 10 tonnes ;
• soit 1 tiroir de bureau et un poids de 10 kilos pour un équivalent en microfiches.
Cependant, la production de microfiches nécessite d'équiper les services destinataires de lecteurs de microfiches.
La lisibilité n'est pas toujours de bonne qualité notamment lorsque la densité d'information par page est importante.
LES UNITES PERIPHERIQUES DE MEMORISATION
Ces unités périphériques qui permettent de stocker de façon permanente un très grand nombre d'informations à un moindre coût. Elles sont appelées, pour cette raison "mémoire de masse".
Elles sont composées :
• d'un support de mémorisation: le disque, la bande, la disquette et la cartouche magnétiques, le disque optique ;
• d'un appareillage électromécanique nécessaire aux manipulations de ces données (accès, lecture, écriture, réécriture, suppression).
Parallèlement à celles de l'ordinateur, les technologies de stockage externe ont subi une considérablement évolution.
2.1 HISTORIQUE
2.1.1 LE RUBAN PERFORE
Le dispositif de lecture/écriture de rubans perforés existait déjà avant l'ordinateur. En effet, ils étaient déjà utilisés au XIXe siècle pour les communications par télégraphe ou par téléscripteur Ils figurent parmi les premiers moyens d'entrée/sortie des informations dans les ordinateurs.
Le ruban perforé n'est quasiment plus utilisé de nos jours.
Il est constitué d'un ruban en papier résistant, d'une largeur d'un pouce, pouvant contenir des perforations rondes ou carrées sur 5 ou 7 pistes parallèles, une piste supplémentaire contenant les petits trous nécessaires à son entraînement. La densité longitudinale est de 10 perforations par pouce. Ce système d'entrée/sortie est très économique mais présente plusieurs inconvénients, notamment la possibilité d'abîmer ou de déchirer le support pendant les différentes manipulations et la difficulté de corriger les erreurs.
2.1.2 LA CARTE PERFOREE
Ces inconvénients sont en partie supprimés par l'emploi des cartes perforées dont l'invention remonte à l'ingénieur américain Hollerith.
A l'origine, les cartes perforées servaient à la comptabilité et aux statistiques (sa première application concernait le recensement de la population des USA en 1890). Elles étaient utilisées comme support de stockage de données (fichier) et de programme puis de JCL.
La carte perforée a aujourd'hui quasiment disparue.
Elle se présente sous la forme d'un carton rectangulaire de 187,3 cm sur 82,5 cm, avec un coin biseauté en haut à gauche, pour empêcher la machine de l'accepter à l'envers. Chiffres, lettres et autres symboles sont perforés dans les 80 colonnes et les 12 lignes de la carte selon le code
"Hollerith". Chaque caractère est codé dans une colonne, l'aide d'une perforation pour les chiffres, de deux perforations pour les lettres et de trois pour les autres symboles.
La lecture (ou l'écriture par un perforateur de carte) pouvait s'effectuer :
• en mode série, caractère par caractère, (12 têtes de lecture/écriture) ;
• ou en mode parallèle, ligne par ligne (80 têtes de lecture/écriture).
Le système de têtes de lecture (ou d'écriture) était suivi d'un dispositif de relecture à titre de contrôle.
2.2 LES PERIPHERIQUES MAGNETIQUES
On trouve deux catégorie d'unités périphériques magnétiques : les unités fixes et les unités amovibles.
Les unités fixes constituées des disques magnétiques mémorisent des données (organisées sous forme de fichiers ou de base de données) font l'objet de traitements relativement fréquents.
Chaque unité de disque contenant un ou plusieurs disques fixes.
Les dispositifs amovibles servent de mémoires d'archivage à ces données et offrent de plus grandes capacités de stockage. Elles sont interchangeables à volonté. L'accès à ces mémoires est plus lent que l'accès aux disques fixes. Elles sont généralement utilisées pour sauvegarder le contenu des disques et pour l'archivage des données.
2.2.1 PRINCIPE DE L'ENREGISTREMENT MAGNETIQUE
L'enregistrement magnétique est basé sur le principe de l'électromagnétisme.
L'application d'un courant électrique créée une induction magnétique persistante après le passage du courant.
Inversement, la variation d'un champ magnétique génère un courant électrique induit (induction électrique).
Un sens de courant électrique donné générant et correspondant à un sens d'aimantation donnée (Sud-Nord ou Nord-Sud) et réciproquement, il devient alors possible de produire deux états exclusifs l'un de l'autre que l'on peut associer aux valeurs binaires "0" et "1".
De plus la persistante de l'aimantation (rémanence) permet la réalisation de la fonction de mémorisation de ces états.
L'enregistrement magnétique consiste alors à exploiter l'aimantation rémanente sur un matériau ferromagnétique (le plus souvent de l'oxyde de fer). Ce matériau est déposé en couche mince sur un support qui peut être souple dans le cas d'une bande ou d'une disquette ou dur dans le cas d'un disque.
La magnétisation s'effectue au niveau le plus élémentaire sur des "micro-cellules" appelés spots magnétiques. Le spot (équivalent du bit de la mémoire centrale) représente l'unité élémentaire de mémorisation sur le support. Les spots sont disposés le long de pistes d'enregistrement organisées en fonction du type de support.
Pour pouvoir magnétiser les spots, on utilise une tête de lecture/écriture constituée par l'entrefer d'un aimant sur lequel est enroulée une bobine électrique.
Le principe de l'écriture consiste à faire passer un courant électrique dans la bobine, ce qui a pour effet de créer un champ magnétique au voisinage de l'entrefer. Les lignes de force traversent la couche magnétisable et créer les petits spots magnétisés.
Le sens du courant passant dans la bobine décide de l'orientation du champ magnétique dans l'entrefer, donc de l'orientation de l'aimantation de chaque spot.
Pour ce qui concerne la lecture, le spot magnétisé dans un sens ou dans l'autre se comporte comme un petit aimant. Quand un spot défile sous la tête de lecture, il induit un courant électrique dans la bobine. Suivant le sens du courant induit l'information est un "0" ou un "1".
2.2.1.1 LES TECHNIQUES D'ENREGISTREMENT:
• Le "tout magnétique"
En mode écriture, la tête de lecture/écriture magnétique émet un puissant champ magnétique qui oriente les particules du spot sur le support en fonction des données à inscrire. En lecture, le champ magnétique émis est plus faible et ne sert qu'à détecter l'orientation des particules.
• Le "magnétique guidé par laser"
Pour augmenter la densité de stockage du support, la tête de lecture/écriture magnétique utilise une technique de guidage par laser. La surface du support est préparée en usine et arbore un minuscule quadrillage qui permet à la tête de se repérer.
2.2.1.2 LA DENSITE D'ENREGISTREMENT
La densité linéaire d'enregistrement représente un facteur important qui dépend essentiellement de la nature de la couche magnétisable, de la distance entre cette couche et la tête de lecture et de l'écart de l'entrefer. La densité se mesure en bpi (bits per inch), elle correspond au nombre de bits par pouce stockés le long d'une piste d'enregistrement.
On arrive aujourd'hui à des densités importantes de l'ordre par exemple de 6.250 bpi pour une bande, 15.000 bpi sur disque, 19.000 bpi sur cassette. Mais ceci exige une propreté extrême, car toute particule externe déposée sur la couche magnétisable, telle qu'une particule de fumée de cigarette ou une poussière entraîne des détériorations.
Figure 13 Principe de l’enregistrement magnétique
La distance entre la couche magnétique et la tête de lecture est de l'ordre de 0,2 à 1 µm, alors qu'une particule de fumée a une épaisseur de 5µm et une poussière de 20 à 30 µm
2.2.1.3 MODES D'ENREGISTREMENT SUR UNE PISTE MAGNETIQUE
La technique d'enregistrement expliquée précédemment et qui consiste à aimanter les cellules dans un sens ou dans l'autre pour coder un "0" ou un "1" n'est pas optimale. Nous allons voir quelques exemples de techniques d'enregistrement utilisées pour obtenir des densités toujours plus importantes.
• le mode RZ (Return to Zero)
Les valeurs "0" et "1" nécessitent chacune deux impulsions magnétiques pour produire le sens "Sud-Nord" ou "Nord-Sud". Les spots magnétisés sont séparés par une zone non magnétisée. Le terme de "Return to Zero" correspond à cette absence de magnétisation.
Ce mode d'enregistrement est dit autosynchronisé, c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire d'avoir une base de temps pour synchroniser l'enregistrement.
Mais il n'offre pas une bonne densité sur le support dans la mesure où chaque bit nécessite deux transitions (changements de sens de magnétisation).
• le mode NRZ (No Return to Zero)
Ce mode d'enregistrement permet d'économiser des transitions. Une impulsion est émise pour mémoriser le passage de la valeur "0" à la valeur "1" ou réciproquement.
La densité linéaire est ainsi doublée, mais une base de temps est nécessaire pour synchroniser les opérations de lecture/écriture, c'est-à-dire pour savoir quand et où lire
les informations.
Les modes d'enregistrement RZ et NRZ étaient utilisés sur les premières bandes et permettaient des faibles densités de l'ordre de 200 et 556 bpi.
• le mode NRZI (NRZ Inverted)
Dans ce mode d'enregistrement seuls les bits ayant la valeur à "1" provoquent une inversion de magnétisation. Mais il est nécessaire d'avoir une base de temps pour la synchronisation des opérations de lecture/écriture, ce qui pose quelques problèmes avec les bandes magnétiques. En effet, cela exige une vitesse de déroulement
parfaitement constante qu'il est difficile d'obtenir pour des densités supérieures à 800 bpi;
• le mode PE (Phase Encoding)
ce mode d'enregistrement est le plus complexe à mettre en oeuvre mais ne nécessitant pas de base de temps, il est autosynchroniseur.
Chaque spot est divisé en deux parties magnétisées dans un sens opposé. Au milieu de la cellule, il y a donc une transition, dans un sens elle représente la valeur "0", dans l'autre la valeur "1". Cette méthode entraîne aussi des transitions chaque fois que l'on a des séquences de valeurs identiques. Cette technique fonctionne très bien à 1.600 bpi, mais est limitée par la fréquence des transitions, qui est quadruplée par rapport au NRZI. La limite est atteinte aux environs de 4.000 bpi.
• le mode GCR (Group Code Recording)
Afin d'atteindre des densités supérieures, le mode d'enregistrement GCR reprend le principe du NRZI mais en apportant une modification pour le rendre
autosynchroniseur. Pour cela les séquences de bit à "0" sont évitées.
Chaque bit est traité par petits groupes, d'où le terme de "Group Code Recording".
Chaque groupe de bits est codé avant d'être enregistré et est décodé à la lecture. Le codage consiste à prendre des groupes de 4 bits et à les convertir selon une table de codage en un groupe de 5 bits.
Grâce à ce code, il est impossible de trouver plus de deux zéros consécutifs. De ce fait l'oscillateur qui fournit la synchronisation pour les opérations de lecture/écriture n'attend jamais plus de deux bits pour trouver instantanément la bonne fréquence des informations stockées sur la piste magnétique en mouvement. Quand les données sont codées par cette table, on les enregistre par la méthode du NRZI. Cette méthode de codage est largement utilisée pour le codage des disques et des bandes magnétiques.
Les traitements de codage-décodage, de contrôle et de synchronisation sont réalisés par l'unité périphérique et son contrôleur.
Le mode d'enregistrement GCR permet d'atteindre des densités supérieures à 6.250 bpi.
2.2.2 LES DIFFERENTES TECHNOLOGIE DE BANDE MAGNETIQUE
La sauvegarde sur bande donne naissance à de nombreux nouveaux supports adaptés à tous les types de besoins, en local ou en réseau.
2.2.2.1 LA TECHNOLOGIE PARALLELE
A la base, cette technologie associe une tête d'enregistrement à chaque piste. Elle trouve son origine dans les premières bandes magnétiques, dites Open Reel, du monde des mainframes.
2.2.2.1.1 LA BOBINE MAGNETIQUE
La bande magnétique est constituée d'un ruban souple en mylar servant de support à une couche magnétisable, enroulé autour d'une bobine plastique.
Elle a une longueur généralement d'environ 732 m et une largeur de 1,27 cm.
Elle est divisée en 9 pistes longitudinales (les bandes à 7 pistes n'étant pratiquement plus utilisées de nos jours). Chaque octet et son bit de parité sont répartis sur les neuf pistes de la bande, les neuf têtes de lecture/écriture opérant en parallèle.
Figure 14 La bobine magnétique
Les données sont enregistrées en mode parallèle/série dans la mesure où les caractère sont mémorisés en parallèle sur les 8 pistes de la bande et disposés en série le long de la bande.
En 25 ans, la densité longitudinale est passée de 200 à 6.250 bpi.
Une bande magnétique contient le plus souvent des fichiers.
Les caractères composent des champs (nom, adresse, code postal ...) qui forment des enregistrements logiques et qui, regroupés, constitue un fichier.
Mais dans la mesure où la totalité des caractères mémorisés sur une bande ne peuvent être lus en une seule fois pour des raisons de capacité de stockage en mémoire centrale, les enregistrements logiques sont regroupés par blocs (enregistrement physique), séparés entre eux par des espaces inter-blocs, petites zones non magnétisées appelées "gaps".
Aussi le bloc constitue-t-il l'unité d'échange d'information entre le dérouleur et la mémoire centrale.
Les gaps correspondent aux phases d'accélération et de décélération pour permettre au dérouleur d'atteindre une vitesse constante de défilement de la bande indispensable au dispositif de lecture/écriture.
L'espace utilisable d'une bande magnétique est borné par des labels de début et de fin qui contiennent des informations d'identification et de sécurité.
Lors de son chargement, deux "stickers" (petites lamelles métalliques) permettent au dérouleur de se positionner sur ces labels.
Les fichiers sont également délimités par des labels de début et de fin.
Une bande magnétique peut contenir plusieurs fichier (multi-fichier).
Un même fichier peut être supporté par plusieurs bandes (fichier multi-bobine).
Le dérouleur de bande magnétique se compose d'une bobine émettrice (amovible) constituée de la bande exclusivement à lire ou à écrire et d'une bobine réceptrice (inamovible) autour de laquelle s'enroulent les longueurs de bande traitées.
Le contrôle de la vitesse est assuré par un dispositif pneumatique. Pour ce faire, la bande parcourt un cheminement guidé par des galets d'entraînement au travers de deux puits à dépressions séparés par le dispositif de lecture/écriture.
Figure 15 Le dérouleur de bandes
Ce dernier est composé de neuf têtes constituées chacune par l'entrefer d'un aimant sur lequel est enroulée une bobine électrique.
Les bandes magnétiques constituent des mémoires auxiliaires non volatiles à accès strictement séquentiel.
Elles offrent les avantages suivants :
• ces unités sont des périphériques standards disponibles dans la plupart des moyens ou grands systèmes et autorisent, de ce fait, l'échange d'information entre systèmes ,
• leur coût de stockage est très économique ,
• entreposées dans des conditions adéquates, les données qu'elles contiennent peuvent être conservées sans problème pendant un certain nombre d'années, ce qui constitue un bon moyen d'archivage.
Elles présentent ont aussi les inconvénients suivant :
• l'accès strictement séquentiel limite son mode d'utilisation ,
• le temps de lecture/écriture de l'ordre de quelques minutes en fait un support de données relativement lent ,
• la nécessité d'intervention d'un opérateur pour le montage ou le démontage de la bande sur le dérouleur.
L'ensemble de ces facteurs et l'essor grandissant des disques magnétiques ont confiné la bande magnétique dans une utilisation de sauvegarde et de restauration des données.
2.2.2.1.2 LA CARTOUCHE MAGNETIQUE
L'utilisation des bobines magnétiques nécessite un certain nombre de manipulations pour les mettre et les enlever des lecteurs. Pour des raisons de simplicité elles sont remplacées avantageusement par les cartouches magnétiques.
Les cartouches ou cassettes magnétiques (cartridges) suivent le même principe que celui des bandes magnétiques, mais le format est réduit et la manipulation est plus aisée.
Aujourd'hui, on trouve trois grandes classes de cassettes demi-pouce, caractérisées par le nombre de pistes longitudinales implantées sur la bande magnétique.
La cassette demi-pouce 18 pistes (type IBM 3480)
Un ensemble fixe de 18 têtes enregistre ou lit simultanément les 18 pistes, sur toute la longueur de la bande. L'enregistrement ne peut s'effectuer que dans le sens avant alors que la lecture est possible dans les directions avant ou arrière.
La cassette a une longueur de 550 pieds et offre une capacité de 200 Mo, qui peut être étendue à 600 Mo par des techniques de compression de données. La vitesse de déroulement de la bande est de 2m/s. L'interface du drive est de type FIPS, standard d'interface parallèle, défini à l'origine par IBM pour ses propres mainframes, et autorisant une vitesse de transfert avec le système hôte de 4,5 Mo/s (la vitesse au niveau de la bande étant limitée à 3 Mo/s). En enregistrement sans compression de données, la bande contient un seul bloc physique correspondant à un seul bloc logique. En mode compression de données, le bloc physique contient plusieurs blocs logiques compactés.
La cassette demi-pouce 36 pistes (type IBM 3490E)
Dans ce modèle, l'enregistrement s'effectue également sur 18 pistes en parallèle, mais par le biais d'un ensemble fixe de 36 têtes de lecture/écriture. Lors du passage en direction avant, 18 pistes sont enregistrées par la moitié des têtes, sur la moitié de la bande. Lors du retour, 18 autres pistes sont enregistrées sur l'autre moitié de la bande, par les têtes restantes.
La cassette a une longueur de 550 ou 1.100 pieds avec une capacité de 400 ou 800 Mo. Ces capacités peuvent être triplées en mode compression de données. Les interfaces avec le système hôte sont du type FIPS ou ESCON.
ESCON est une interface série, d'origine IBM, autorisant des vitesses d'échange de 18 Mo/s (on notera que la vitesse d'échange au niveau de la bande est toujours de 3 Mo/s).
La cassette demi-pouce 128 pistes (type IBM 3590)
Le lecteur/enregistreur est équipé d'un ensemble mobile de 16 têtes de lecture/écriture. Lors du premier passage, cet ensemble est positionné sur les 16 premières pistes, qui sont enregistrées simultanément. En bout de bande, l'ensemble des 16 têtes est décalé sur les 16 pistes suivantes, et
l'enregistrement s'opère en parallèle dans la direction inverse. Et ainsi de suite jusqu'à épuisement des 128 pistes.
Avec cette technique, pour des longueurs de bandes de 1.100 pieds, on atteint des capacités de 10 Go (30 Go avec compression de données). Le débit au niveau de la cassette atteint cette fois 9 Mo/s, ce qui est plus en harmonie avec les interfaces série rapides telles que ESCON.
Les bandes NCTP (Next Compatible Tape Product)
La société Philips développe la technologie NCTP qui permet aux utilisateurs de gros systèmes de bénéficier d'améliorations technologiques dans le standard demi-pouce, tout en conservant la compatibilité avec les anciennes cassettes 18 et 36 pistes.
NCTP apporte une capacité de base (non compressée) de 20 Go sur 126 pistes pour une longueur de bande de 2 100 pieds. Un seul appareil NCTP est capable de sauvegarder 100 Go en moins d'une heure et demie, en utilisant la compression de données.
Les lecteurs de cartouches magnétiques
Figure 16 Le lecteur de cartouches
Les lecteurs de cartouches magnétiques permettent de charger quelques cartouches. Pour offrir de très grandes capacités de stockage, on utilise des systèmes composés d'un robot, d'un ou plusieurs lecteurs et d'emplacements pour le stockage de centaines voire de milliers de cartouches ou de disques. Ces systèmes sont appelés juke-boxes par analogie avec les anciens juke-boxes de disques audio. Les robots manipulent rapidement les cartouches/disques pour les insérer dans les lecteurs ou pour ensuite les ranger à leur place. De tels systèmes permettent d'atteindre de très grandes capacités de stockage (> 1 Terabyte avec des disques WORM), tout en ayant un temps d'accès relativement court et ceci dans un volume réduit, et évidemment sans aucune intervention manuelle. Le temps moyen de recherche et de chargement d'un disque dans un lecteur est d'environ 10 à 20 secondes.
2.2.2.2 LA TECHNOLOGIE SERPENTINE
Le principe de l'enregistrement serpentine est très simple.
Imaginons un lecteur/enregistreur, disposant d'une tête de lecture et d'une tête d'écriture, accueillant une cassette magnétique constituée de plusieurs pistes longitudinales. Lors d'une opération d'enregistrement (ou de lecture) d'une telle cassette, la bande est rembobinée à son début, puis la première piste défile sous la tête d'écriture et l'enregistrement s'effectue bit à bit.
En fin de bande, la tête est positionnée sur la seconde piste et l'enregistrement s'effectue de la même façon, mais en sens inverse, et ainsi de suite. C'est de cette utilisation continue de la bande dans les deux sens que vient l'appellation serpentine.
Les constructeurs ont enrichi ce principe de base en multipliant les têtes de lecture/écriture et en permettant ainsi l'enregistrement de plusieurs pistes en parallèle lors d'un seul passage de la bande.
2.2.2.2.1 LES BANDES MAGNETIQUES QIC
Les bandes magnétiques QIC (Quarter Inch Cartridge) s'appuient sur une série de standards, développés dans le cadre de l'association QIC, qui regroupe les constructeurs de médias et
d'appareils d'enregistrement. Ces standards couvrent le format d'enregistrement, les interfaces, les têtes magnétiques et d'autres éléments liés au sous-système lecteur plus cassette. On distingue deux types de cassettes : les cassettes Data Cartridge, à l'origine du QIC, d'une largeur d'un demi- pouce, et les cassettes Mini Cartridge introduites en 1989 en largeur demi-pouce, puis en largeur 0,315 pouce en 1994.
Figure 17 Cartouches de bande Travan et Travan NS Imation
Les bandes QIC diffèrent des autres technologies par le fait que le dispositif de guidage de la bande est entièrement contenu dans la cassette elle-même. Il en résulte une conception plus simple de l'appareil d'enregistrement (drive), donc un coût plus attractif. La bande est moins tirée, d'où une fiabilité accrue. Le média n'a pas besoin d'être rembobiné à son début, comme c'est le cas dans les systèmes où la bobine réceptrice est à l'extérieur de la cassette. On le positionne à demi-longueur, ce qui réduit le temps d'accès par deux.
A l'inverse, le système de guidage étant embarqué dans la cassette, le drive a de plus en plus de mal à contrôler la précision d' ajustement de la tête d'enregistrement sur la piste, au fur et à
mesure que les densités de capacité augmentent.
Des standards de compression de données sont définis dans le cadre de QIC, qui permettent de doubler la capacité d'enregistrement.
En quelques années, la capacité des cassettes Data Cartridge est passé de 525 Mo à 25 Go (pour une longueur de bande d'environ 300 mètres). Le nombre de pistes longitudinales s'est accru de 26 à 144 et la densité d'enregistrement par piste de 16 Kbits par pouce à 101 Kbits par pouce. Les têtes, anciennement à ferrite, se sont alignées sur la technologie des disques magnétiques et sont maintenant de technologie magnéto-résistive à film mince. Cette avancée technologique a rendu possible d'enregistrer et de lire des pistes magnétiques de plus en plus étroites et de moins en moins espacées. Les systèmes à haute capacité sont équipés de deux têtes d'écriture et de deux têtes de lecture, autorisant le transfert sur deux pistes en parallèle. Les taux de transferts sont passés de 0,2 Mo/s à 1,5 Mo/s. L'interface du drive avec le système hôte est SCSI.
La technologie des cassettes Mini Cartridge a suivi celle des Data Cartridge. Des capacités de 20 Go sont disponibles sur des cassettes d'épaisseur 0,315 pouce, partagées en 180 pistes
longitudinales. Les interfaces sont soit du type disque souple dans l'environnement des micro- ordinateurs, soit SCSI pour les stations de travail ou les serveurs.
2.2.2.2.2 LES BANDES DLT
A l'origine, les bandes DLT (Digital Linear Technology), développés par la société américaine Digital Equipment Corporation, reposaient sur la technologie serpentine avec un seul groupe de têtes écriture-lecture. Aujourd'hui le produit le plus performant possède 4 ensembles de têtes écriture/lecture. Il est ainsi capable de transférer des données à 5 Mo/s à partir d'une bande composée de 208 pistes. La cassette a une largeur d'un demi-pouce et atteint des densités d'enregistrement par piste de 86.000 bits par pouce pour une capacité totale de 35 Go (70 Go en mode de compression de données). L'appareil DLT le plus avancé (le DLT 7000 de la compagnie Quantum) est capable de sauvegarder 100 Go en moins de trois heures en mode compression de données.
Les capacités, variant en fonction des lecteurs utilisés, peuvent atteindre jusqu'à 80 Go par cartouche.
Figure 18 Cartouches DLT Imation
Le DLT 8000 capable de stocker 40 giga-octets (sans compression) à la vitesse de 6 méga-octets par seconde, devrait faire son apparition sur le marché au début de 1999.
La technologie DLT se répand sur le marché des serveurs et des stations de travail et commence à intéresser les systèmes haut de gamme. Cette technologie, qui offre un bon compromis capacité, performance, fiabilité, prix est en train de s'imposer dans l'industrie comme un standard de facto.
Sur le plan des performances, un système DLT s'appuie sur une mémoire cache pour adapter la vitesse d'échange avec le système hôte au débit propre à la bande magnétique. DLT optimise également le temps de recherche d'un fichier sur la bande, en utilisant des marqueurs de fin de fichier. La bande défile à haute vitesse à la recherche de ces marqueurs. En moyenne, un fichier est localisé en 45 secondes sur une bande de 20 Go.
L'entité de données d'un système DLT (à deux groupes de têtes lecture et écriture) est de 20 blocs, 16 blocs de données et 4 blocs de code détecteur/correcteur d'erreur (ECC). Chaque bloc de données de 4 Ko comprend des enregistrements de données (record), des champs de contrôle du bloc (Ctrl) et des codes de détection supplémentaires associés à l'enregistrement (CRC ) ou associés à l'ensemble du bloc de données (CRC et EDC). Le système de gestion des erreurs agit à plusieurs niveaux :
Au record est associé un polynôme CRC (Cyclic Redundancy Check) de 16 bits. A la fin de chaque bloc sont ajoutés un code EDC (Error Detection Code) de type "OU-exclusif" et un code CRC plus puissant, de 64 bits. Enfin, en bout de bande, est généré un groupe de quatre blocs de codes correcteurs d'erreur ECC (Error Correction Code) basés sur des algorithmes Reed
Salomon. L'ensemble de ces précautions fait qu'il n'y a qu'une chance sur 1017 pour qu'une erreur détectée ne puisse pas être corrigée.
Cet exemple illustre bien l'effort que font les constructeurs afin de donner aux bandes magnétiques l'image d'intégrité de données qui leur font défaut.
2.2.2.3 LA TECHNOLOGIE HELICOÏDALE
Avec la technique d'enregistrement hélicoïdal, une piste enregistrée ne se présente plus comme une ligne épaisse, tout le long de la bande magnétique, mais plutôt comme un trait épais qui la traverse.
La première paire de têtes de lecture et d'écriture est inclinée positivement (angle d'azimut), par rapport au tambour, et la seconde paire négativement. Cette alternance dans l'angle
d'enregistrement permet une meilleure discrimination du signal de lecture entre pistes, lors de l'opération de lecture.
La bande magnétique est enroulée à grande vitesse autour du tambour magnétique dont l'axe est incliné par rapport à la bande (angle piste). La surface de contact de la bande avec le tambour est liée à l'angle d'enveloppement.
L'enregistrement hélicoïdal existe en différents types, qui se différencient par l'angle de la piste avec la bande, par la longueur de la piste, par le diamètre du tambour, par le nombre de têtes, par l'angle d'azimut des têtes, par la vitesse de rotation du tambour et par l'angle d'enveloppement de
la bande sur le tambour. Ces technologies se classent en fonction de la largeur de la bande.
2.2.2.3.1 LES CASSETTES DAT 4MM
La technologie DAT (Digital Audio Tape) trouve son origine dans les cassettes à usage grand public introduites en 1986. Les signaux y étaient numérisés avant d'être enregistrés. Son
utilisation, enrichie des techniques d'enregistrement hélicoïdal, s'est généralisée dans le domaine informatique et, en particulier. dans le monde des micro-ordinateurs.
L'appareil d'enregistrement est au facteur de forme 3,5 pouces et la bande a une largeur de 4 mm.
L'angle piste est de 6 degrés, impliquant une longueur de piste de 23,5 mm pour une largeur de piste de 9 micromètres. Deux paires de têtes de lecture/écriture sont installées sur le tambour.
Leur inclinaison est alternativement de plus ou de moins 20 degrés. Une trame composée de deux pistes est enregistrée en une rotation du tambour. L'angle d'enveloppement de la bande est de 90 degrés. La bande atteint des longueurs de 125 mètres (bientôt 180 mètres).
Figure 19 Cartouches 4 mm
En mode enregistrement ou lecture, les vitesses effectives des têtes sur la bande vont de 3, 12 m/s à 13,3 m/s pour des vitesses de rotation du tambour allant de 2.000 à 8.500 tours/mn. Il faut noter que la vitesse d'enroulement de la bande sur les bobines réceptrices est de l'ordre de 10 mm/s et que la vitesse de rembobinage ou de recherche de partitions sur la bande est de l'ordre de
quelques mètres par seconde. Les taux de transfert au niveau du média vont de 0,5 à 1,5 Mo/s. La capacité va jusqu'à 12 Go (doublée dans le mode compression de données). L'interface avec le système hôte est SCSI.
2.2.2.3.2 LES CASSETTES DAT 8MM
La technologie des bandes magnétiques de largeur 8 mm est dominée par la société américaine Exabyte. Elle s'adresse principalement au marché des serveurs et des stations de travail du monde ouvert.
(En réaction à la percée de OLT, Exabyte, devrait annoncer en 1999 Mammoth II, capable de stocker 70 giga-octets à la vitesse de 12 méga-octets par seconde.)
L'angle de piste avec la bande est de 5 degrés. Les têtes ont un angle d'azimut alternativement de +10 et -10 degrés. La bande s'enveloppe beaucoup plus sur le tambour (angle d'enveloppement:
221 degrés). La longueur de piste (3 pouces) est trois fois celle des DAT. Une piste est composée
de 8 blocs de 1 Ko.
Pour des capacités inférieures à 4 Go, le tambour tournant à 1.831 tours/mn est équipé d'une seule paire de têtes de lecture et d'écriture. La bande défile à 12,7 mm/s. Pour des capacités de 4 à 10 Go, les vitesses du tambour et de la bande restent les mêmes, mais le tambour est équipé d'une paire de têtes supplémentaire. Des capacités supérieures à 10 Go sont obtenues en accélérant la rotation du tambour (5 661 tours/mn) et le défilement de la bande (24,4 mm/s).
Figure 20 La cassette D.A.T.
Les débits internes atteignent alors 3 Mo/s. A moyen terme, cette technologie est susceptible d'atteindre des capacités de 80 Go, avec des débits internes de 6 Mo/s pour une densité surfacique de 456 Mbits par pouce carré.
Le lecteur/enregistreur est au facteur de forme 5,25 pouces et l'interface avec le système hôte est SCSI.
2.2.2.3.3 LA TECHNOLOGIE DEMI-POUCE
Certains constructeurs comme StorageTek, avec le produit Redwood, ont appliqué la technologie d'enregistrement hélicoïdal au format de bande demi-pouce. Il en résulte aujourd'hui des
capacités disponibles de 50 Go ( 150 Go avec un taux de compression de données de 3) pour des longueurs de bande de près de 400 mètres. Des taux de transfert de plus de 10 Mo/s sont atteints pour des vitesses de défilement de bande autour du tambour de plus de 80 mm/s.
2.2.2.3.4 LA TECHNOLOGIE 19MM
Les systèmes à bande magnétique 19 mm reprennent le même format que les bandes magnétiques utilisées pour l'enregistrement vidéo et l'instrumentation. Elles sont, en plus, certifiées à usage informatique. Cette technologie, très haut de gamme, surtout utilisée dans les milieux
scientifiques, permet des capacités de plus de 150 Go avec des débits jusqu'à 50 Mo/s. A cette
vitesse, on peut sauvegarder une base de données de 1 téra-octet en 6 heures sur quelques cassettes, à condition bien sûr d'exploiter au maximum le parallélisme au niveau des disques.
