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MATERIEL INFORMATIQUE
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2. Cours d'électronique, électricité et logique binaire pour techniciens informatiques

1. Bases d'électricité - 2. Courant continu - 3. Diode - 4. Redressement alternatif - 5. LED - 6. Transistor - 7 Transformateur - 8. Règles concernant les installations électriques - 9. Terminologie et unités de mesure - 10. Portes TTL - 11. Troisième état - 12. Notions de calculs binaires et hexadécimaux - 13 Outillage

Avant d'étudier les ordinateurs et cartes informatiques, petits rappels (ou découverte) en électronique et en électricité. L'informatique est une branche de l'électronique (la partie numérique - digitale) et l'électronique, une branche particulière de l'électricité.

En électronique, trois parties sont utilisées:

  • Analogique: signaux discontinus ou sinusoïdaux, par l'exemple tout ce qui est audio.
  • Numérique (digital): tous signaux qui utilisent deux valeurs distincts, c'est le cas de tous les signaux transmis à l'intérieur d'un ordinateur
  • puissance: tout ce qui gère les réseaux électriques, moteurs industriels, ...

1. Courant, tensions: loi d'ohm

L'électricité de base reprend 3 paramètres: la tension (c'est la force de départ), le courant (c'est le flux) et la résistance (ce qui ralentit le flux), le reste est uniquement des conditions particulières que nous allons voire ensuite. Prenons un exemple plus simpliste: une autoroute. La tension, c'est le nombre de véhicules à l'heure qui prennent l'autoroute: la force d'envoyer des voitures ou camions. Le courant, c'est le nombre de véhicule qui passe pendant une période donnée et ... la résistance, c'est tout ce qui va ralentir le nombre de véhicules: trop simpliste? Pas forcément. Plus le nombre de véhicule de départ est élevé, plus le nombre qui passe est élevé (on suppose: en Belgique, on espère). Qu'est ce qui peut ralentir le nombre de véhicules qui passent? L'état de la route, un accident, .... un radar. ou même des travaux: c'est la résistance. C'est la base de la loi d'ohm.

Une force de départ (la tension) va entraîner un nombre de véhicules à l'heure (le courant) et ... pour une même force de départ une résistance va entraîner un nombre de véhicule qui passe pendant une période (on va dire à la minute mais en électricité, on parle de secondes ou même moins). Plus la résistance est élevée, moins de véhicules passent en même temps.

La loi d'ohm en électricité, c'est:

La formule de base en électricité est la loi d'ohm: I=V/R

I:intensité du courant, elle est exprimée en ampères

V: la tension (voltage par anglicisme) en volt

R: la résistance (en ohm). En courant alternatif, on parle d'impédance

Dans le cas d'une entrée d'autoroute:

V= nombre de véhicules qui arrivent par heure

I: nombre de véhicules capable par heure sur la proportion de route qui nous intéresse

R: problèmes qui empêchent les véhicules de rouler normalement

Suivant les pays, le R est plus ou moins important pour les véhicules mais c'est l'ensemble qu'il faut analyser. Dans un chemin de campagne, un seul véhicule mais avec un état de la route (la résistance) va ralentir le véhicule. Continuons sur cette "résistance": plus le nombre de voie est élevé (cas d'une autoroute), plus la résistance va être faible et plus le nombre de véhicule à l'heure va être élevé.

On généralise pour notre passage de courant: plus la tension (en volt) est élevée, plus le courant (en ampère) est important mais il est réduit par la résistance du conducteur (l'état de la route). Plus la résistance est faible, plus le courant est élevé.

Un peu simpliste? En électricité, la résistance est liée au matériel conducteur mais aussi à son diamètre. Le cuivre utilisé pour la majorité des connections (bon conducteur donc résistance faible) a une plus faible résistance quand le diamètre du fil augmente.

Pour mesurer ces trois composants, utilisez un multimètre: courant en mode ampèremètre, tension (continue ou alternative) en mode voltmètre. La résistance se mesure avec un ohmmètre (la résistance doit être déconnectée d'une source de tension).

2. Base d'électricité.

La forme du signal électrique de départ, la tension, peut être continue (fixe) ou alternative (la même tension est présente suivant un délai et ses multiples). La forme se déduit par rapport à une tension de référence qu'on appelle la masse, qui correspond à 0 Volts. Ce n'est pas ce qu'on appelle communément la terre dans les installations électriques.

En gros, les tensions alternatives sont utilisées pour le transport de l'électricité (le réseau), les tensions continues sont utilisées en interne dans les appareils électriques.

En Europe, la tension alternative du réseau est de 230 Volts. Il est transmis sur deux fils (ce qu'on appelle du monophasé) avec une tolérance sur la tension de 10% (généralement). La fréquence du signal est de 50 Hz: le signal est répété 50 fois par secondes.

Avant d'arriver à votre habitation, l'électricité utilise souvent du triphasé: 230 Volts (3 fils) ou 380 Volts (4 fils). Dans le premier cas, 230 Volts sont appliqué entre chaque paires de fils. Dans le deuxième cas, le quatrième fils sert de référence: la tension entre les autres fils par rapport à celui-ci est de 230 Volts et la tension entre chaque paire de conducteurs est de 380 Volts.

 Par contre, entre les différentes centrales électriques, on utilise la haute tension (parfois supérieure à 50.000 volts), généralement en triphasé.

Lorsqu'on redresse une tension alternative pour en faire une tension continue, on retrouve la même tension: c'est la tension moyenne RMS en alternatif. Un redressement sans pertes d'une tension de 230 Volts alternatifs donnera une tension continue de 230 volts continue. En alternatif, la tension maximum est calculée en multipliant la tension RMS par la racine carrée de 2 (un peu plus de 1,41). Pour du 230 volts, la tension maximum est de 325 volts.

Les équipements électroniques utilisent des tensions électriques continues de faible tension (moins de 30 volts). L'appareil qui convertit la tension du réseau vers ces faibles tensions continues s'appelle une alimentation. A part dans le cours Hardware 2 dans le chapitre sur les protections électriques (alimentation à découpage, onduleurs - UPS), nous ne rencontrerons que rarement des tensions importantes, avec des puissances faibles.

3. Courant continu

3.1. Introduction

La tension électrique continue est fixe par rapport à une tension de référence (la masse), déterminée à 0 volts. Elle peut être positive ou négative selon le montage (généralement plusieurs tensions sont utilisées simultanément). Pour une tension positive, le courant passe du + vers la masse, en négative, de la borne - vers la masse. Un schéma électrique (électronique) nécessite donc 2 points de connexion.

En courant continu, l'électronique distingue les montages passifs des montages actifs.

  • Un montage passif n'influence que la forme du signal: il utilise des résistances, selfs et condensateurs, ... Il n'y a pas non plus d'amplification.
  • Un montage actif va modifié les tensions: il utilise des transistors (regroupés dans des circuits intégrés).

3.2. Montage passif et formules en courant continu.

Le schéma est constitué d'alimentation continue (une pile par exemple) en série avec une résistance. Une alimentation reprend trois caractéristiques: sa tension, sa résistance interne et l'intensité maximum de courant qu'elle peut fournir. La résistance, représentée par une denture, est exprimée en ohm.

Reprenons la loi d'ohm. Soit une pile de 5 volts et une résistance de 100 ohms, le courant qui va traverser la résistance est de 5/100= 0.05 ampères. Plus la tension est élevée, plus le courant est important et plus la résistance est élevée, plus faible est le courant. C'est bien que c'on avait déduit avec notre autoroute ci-dessus.

Le deuxième paramètre à tenir compte est la puissance. Cette puissance est l'énergie qui va être dissipée dans la résistance sous forme de chaleur (ou de puissance motrice dans le cas d'un moteur). La résistance doit être capable de dissiper cette puissance sans brûler (se détruire).

Elle est donnée par la loi de Joule

P=V2/R ou P=I2 * R ou P=I * V

P est la puissance (exprimée en Watt)

V, la tension (volts), I, le courant (Ampère) et R, la résistance (Ohm)

Reprenons notre exemple ci-dessus: Le courant qui passe dans la résistance est de 0,05 Volts. La puissance qu'elle va dissiper est de 0.05 * 5= 0,25 Watts.

La loi de Joule est également utilisée en alternatif (réseau électrique). Un fusible de 16 A sur une installation en 230 Volts permet donc une charge maximum (puissance) de 16*230= 3680 Watts. Petite correction tout de même, en alternatif, le courant est souvent déphasé par rapport à la tension: pas si la charge est totalement résistive (un chauffage électrique), négative pour une charge selfique (un moteur) et positive pour une charge capacitive.

Prenons un ordinateur avec une alimentation de 500 Watt alternative raccordée sur le réseau électrique. On déduit le courant maximum qu'elle peut consommer via la loi de joule, ce qui donne un fusible de protection sur le tableau d'un peu plus de 2 ampères (les modèles courants sont souvent de 16 ampères). En interne, cette alimentation va convertir la tension de départ en tensions continues, soit pour ce modèle: 46 Ampères en 5 Volts, 18 Ampères en 12 Volts , 1 ampère en tension négative de 5 Volts (- 5 V) et 1 ampère en tension négative de 12 volts. Si vous faites le calcul des puissances en amont et en aval, celle se de sortie est inférieure: il y a toujours des pertes. Le rapport entre la puissance consommée sur le réseau et transférée vers l'équipement s'appelle le rendement

Dans le cas d'un fusible de protection interne, le courant accepté avant qu'il ne se déclanche doit être un peu supérieur, les équipements électroniques consomment souvent plus au démarrage pour stabiliser la consommation ensuite. Deux types de fusibles sont disponibles:des fusibles rapides (coupent au moindre dépassement de courant) et lents (qui acceptent des courants supérieurs à la valeur nominale pendant un faible laps de temps). Remplacez toujours un fusible brûlé par le même type et le même courant maximum que celui utilisé par le fabriquant. En dernier, un fusible ne brûle que si le courant est supérieur à sa valeur nominale. Avant de le remplacer, vérifiez s'il n'y a pas de circuits électroniques détruits (traces de brûlures, taches noires sur la carte, ...

3.3. Les selfs

Une self est constituée d'un bobinage enroulé autour d'un noyau en ferrite. Il se connecte en série en série. En courant continu, elle est sans effet. Par contre, en cas de variations de tensions (même faibles) sur un montage continu, elle lisse ces variations pour stabiliser la tension. En électronique, les charges selfiques sont utilisées principalement dans les alimentations, pour stabiliser la tension de sortie mais aussi pour réduire les tensions parasites.

En alternatif, une self réduit simplement la tension des signaux parasites.

self

3.4. Le condensateur.

Un condensateur peut être vu comme un réservoir d'énergie. Au démarrage, sa tension va augmenter pour s'équilibrer avec celle de la tension d'alimentation. Ensuite, si la tension augmente, le condensateur va emmagasiner de l'énergie en réduisant la charge entre ses deux bornes. En inverse, si la tension diminue à ses bornes, il va renvoyer de l'énergie pour réduire (ralentir) la diminution de tension.

Plusieurs condensateurs sont souvent mis en parallèles (entre le + et la masse) sur les lignes d'alimentation du montage tout entier. Ils peuvent être polarisés (condensateurs électrolytiques avec une borne + et une borne moins reliée au 0 volts) ou non selon leur composition interne.

Test d'un condensateur: une alimentation continue variable avec le condensateur et la résistance en série.

Variation de tension à ses bornes lorsqu'il est connecté sur une alimentation de tension fixe en fonction du temps.

Au démarrage, il se charge à travers la résistance jusqu'à ce que sa tension soit égale à celle de l'alimentation. Au départ, le courant consommé est important et va diminuer exponentiellement pour atteindre pratiquement aucune consommation (en arrivant à la tension de l'alimentation).

Pour un montage standard, la résistance n'est pas connectée, augmentant la vitesse de réaction en cas de hausse ou baisse de tension. C'est finalement la résistance des pistes électronique qui va réduire le courant en début de charge.

4. La diode

Une diode sert de redresseur de tension. Elle est constituée de deux zones polarisées. La zone + (Anode) est polarisée P, la zone - (cathode) est polarisée N. En P, on parle de trous qui vont accepter des électrons libres, en N, il y a un surplus d'électrons libres qui vont passer en présence d'une tension vers la région P. Sans rentrer dans les grosses théories, les électrons se déplacent en sens inverse du courant. En branchant une tension supérieure à l'anode par rapport à celle de la cathode, le courant va circuler. A l'inverse, le courant va être bloqué.

Ce montage de test permet de mesurer ces caractéristiques, connectée en sens passant ou bloquant (en retournant la diode). Les caractéristiques courant / tension sont reprises ci-dessous. La résistance variable (potentiomètre ou rhéostat) permet de contrôler la tension entre les bornes de la diode. Le voltmètre (V) permet de mesurer la tension.

Dans le sens anode - cathode en fonction de la tension à ses bornes, le courant augmente d'abord exponentiellement jusqu'à la tension de seuil, ensuite linéairement.

Dans le sens cathode - anode (bloquant), la diode bloque le passage du courant avec un léger courant de fuite jusqu'à une tension maximum spécifique à chaque modèle. Ensuite, elle laisse passer tout le courant. Pour faire revenir la diode comme bloquante, la tension doit redevenir inférieure à la tension de claquage thermique. Si la tension de diminue pas, elle passe dans la zone de claquage thermique. Ce n'est pas automatiquement destructeur tant que la durée reste faible.

caractéristiques tension - courant d'une diode

Les caractéristiques varient en fonction du type de diode (Germanium pour les faibles puissances, Silicium pour les puissances supérieures), puissance maximum, tension inverse maximum.

5. Application, circuit de redressement alternatif

La principale utilisation d'une diode est de redresser une tension alternative pour un faire une tension continue. le principal schémas est appelé pont de Graetz, il utilise 4 diodes.

Redressement par pont de diode

Entre les bornes 1 et 2, la tension alternative du réseau. La tension va alternativement passer de la borne 1 vers la borne 2 et de la borne 2 vers la borne 1.

Lorsque la tension entre 1 et 2 est positive, le courant va naturellement essayer de rejoindre la borne 2 à partir de la borne 1. Il passe par la diode 1 (bloqué par les diodes 3 et 4 en sens bloquant), traverse la charge pour revenir via la diode 2. Dans le cas inverse, le courant passe par la diode 4 (D2 et D1 bloquant) pour de nouveau traverser la charge et rejoindre la borne 1 via D3.

Cette tension n'est par continue mais redressée. Pour obtenir une tension stable, nous devons connecter des condensateurs en parallèle avec la charge, des selfs en série en additionnant si nécessaire des circuits spécialisés pour des tensions fixes. Les ponts redresseurs sont rarement utilisés en informatiques, remplacés par des alimentations à découpage qui ont un meilleur rendement.

6. LED

Une LED est un type de diode qui émet une lumière lorsqu'elle est traversée par un courant  dans le sens passant (de l'anode vers la cathode). La couleur dépend de la technologie mais surtout de couche supplémentaire du boîtier (rouge, verte, jaune, ...). Comme une diode standard, elle bloque si elle est connectée en inverse (avec une tension inverse maximum très faible, d'où des risques de destructions. Ces diodes ne peuvent en aucun cas être utilisées comme redresseurs de tensions.

On les retrouve sur les faces avant des ordinateurs comme indicateurs: ordinateur allumé (généralement verte), en hibernation prolongée (la même mais clignotante), accès aux disques durs (souvent rouge ou orange), ...

Pour la connexion, si la led ne s'allume pas (par exemple la verte avec le PC démarré), c'est simplement une inversion de sens sur le petit connecteur de la carte mère.

7. Le transistor

Un transistor reprend trois zones principales (un peu plus dans des technologies spécifiques comme les BICMOS). Plusieurs technologies sont utilisées: bipolaire (la plus ancienne, rapide mais consommation élevée et difficile à rassembler en grand nombre dans les circuits intégrés), CMOS et dérivés (assez rapide, consommation faible et intégration élevée: utilisée dans les processeurs et autres circuits dédiés à l'informatique), BICMOS (consommation très faible, vitesse très élevée mais difficilement intégrable en grand nombres: utilisé en haute fréquence comme dans les cartes Wifi).

Transistor PNP et NPNSans entrez trop dans les détails, voyons le fonctionnement d'un transistor bipolaire. Il est similaire à une diode mais reprend trois zone. De nouveau, on utilise le germanium (faible puissances) et le silicium (seuil plus élevé). Deux versions sont utilisés: les PNP et les NPN.

La base (au milieu) sert de borne de commande. L'alimentation est toujours connectée au collecteur. La différence entre les deux types est uniquement la tension utilisée pour laisser passer le courant entre le collecteur et l'émetteur (relié le plus souvent à la masse). En NPN, une tension à la base laisse passer le courant, en PNP, c'est l'absence de tension qui permet la conduction.

schéma d'entrée et de sortie d'une porte TTLPrenons un transistor de type NPN. En appliquant une tension sur la base, la zone P va s'appauvrir en électrons, permettant ceux de la zone P de l'émetteur de transmettre des électrons dans cette zone. De fait, ceci va équilibrer les 3 zones, permettant le passage du courant. Le courant va ainsi pouvoir passer du collecteur vers l'émetteur. Plus la tension de la base est élevée, plus le courant va passer. En analogique, un transistor sert d'amplificateur du signal appliqué à la base.

En numérique, il est utilisé en "tout ou rien": soit pas de tension et la tension de sortie au collecteur est équivalente à celle de l'alimentation (+1, +5 volts), soit une tension et le collecteur est relié à la masse (0, soit 0 volts). 

Le schémas ci-contre reprend un transistor NPN utilisé dans les circuits logiques de la série 74LS  La résistance permet de ne pas détruire le transistor lorsque la sortie est à zéro volts (transistor passant). Remarquez que le signal de sortie est inversé par rapport à l'entrée.

8. Transformateur

schémas interne d'un transformateurUn transformateur sert de convertisseur (multiplicateur ou diviseur) de tension alternative. C'est un noyau en ferrite qui utilise deux bobinages distincts: le primaire et le secondaire. La tension de sortie (secondaire) dépend de la tension d'entrée et du rapport entre le nombre de spires au primaire et au secondaire. Plusieurs bobinages distincts peuvent être utilisés en sortie pour créer des tensions différentes. Une tension continue au primaire ne donne aucun signal au secondaire. Il est par exemple utilisé pour convertir les tensions du réseau électriques (230 Volts) en faibles tensions (5 Volts alternatifs) avant un redressement par pont de Graetz.

9. Quelques règles concernant le réseau électrique.

Ce cours s'adresse à des techniciens en informatique, pas à des électriciens du bâtiment. Pourtant, quelques notions me semblent importantes dans ce cours. Entre le réseau et le consommateur, on intercale un tableau électrique (plus un compteur qui permet de mesurer la consommation). Ce tableau peut-être câblé en monophasé (deux fils d'arrivée) ou en triphasé (3 ou 4 fils comme nous l'avons vu plus haut). Sauf en industrie ou pour des installations spécifiques, les prises dans le bâtiment sont toutes raccordées en 230 Volts monophasés.

A l'intérieur du tableau, le premier appareil est le interrupteur général (mono ou triphasé) qui fonctionne de deux manières différentes: soit manuel, soit automatique si l'ensemble de l'installation dépasse la consommation maximum. Juste ensuite, se connecte un différentiel de 300 milli Ampère. En Europe (sauf en Grande-Bretagne), le courant passe d'un fil à l'autre. La terre est une installation supplémentaire qui connecte entre eux des piquets métalliques enfoncés dans ... la terre. Pour l'alimentation électrique, cette terre n'a aucune utilité. Par contre, elle sert de sécurité obligatoire. Le différentiel va simplement mesurer le courant d'entrée et le courant de sortie. Une perte signifie qu'une partie du courant part vers la terre via un appareil défectueux ou un défaut d'isolation dans un fils électrique. Le différentiel va donc couper le courant si la permet dépasse 300 milli Ampères sur l'ensemble de l'installation, protégeant les utilisateurs et réduisant des risques d'incendie.

Ensuite, l'électricien va répartir l'arrivée suivant des lignes distinctes en passant chaque fois par un fusible (actuellement des disjoncteurs magnétothermiques qui peuvent être réenclenchés). Chacun va protéger une seule zone de raccordement électrique. La majorité des habitations utilisent des valeurs de 16 Ampères. Ils ne coupent pas immédiatement pour une consommation de 16 ampères. En effet, au démarrage les appareils consomment un peu plus pendant un temps très bref: un disjoncteur va permettre de faibles dépassements pendant un laps de temps très court. En revanche, une consommation un peu plus faible pendant une période plus longue les fera "disjoncter". Les appareils doivent être répartis sur l'ensemble des lignes.

Certaines parties de l'habitation doivent également être raccordés à de petits différentiels de 30 milli Ampères (c'est la loi): toutes les pièces où est utilisée de l'eau (cuisine, salle de bain, ...)

Le diamètre du câblage est également important. L'arrivée au différentiel général doit utiliser au minimum du 5 carrés. Le reste de l'installation doit utiliser au minimum du 2,5 carré. Comme ces fils électriques sont aussi une résistance électrique, les parties qui consomment beaucoup (four électrique, machine à laver, ...) doivent être reliés au tableau par du 3,5. Les câbles 1,5 utilisés par d'anciennes rallonges électriques sont interdits dans les installations fixes.

10. Unités de grandeurs en électronique numérique

En électronique numérique, seules deux tensions sont utilisées. Chacune représente une valeur reprise comme 1 (tension présente, sa valeur dépend du montage) et 0 (pas de tension, reliée à la masse).

La plus petite information qui peut prendre une des deux valeurs en fonction du temps est appelée un bit (noté petit b). Dans les ordinateurs, ils sont souvent regroupés par 8, désignés par un octet (Byte, grand B en anglais). Lorsque le nombre d'octets augmente, on va leur donner des facteurs de multiplications comme par exemple le Kilo octet (noté KB ou KO), soit 210 octets. En hardware, le kilo de 1000 (comme en mesure standard), en logiciels, on utilise la vrai valeur qui est de 210, soit 1024. Ensuite. 1000 kilo (1024) donne le MB (220 Bytes), 1000 MB est désigné par Giga Byte, suivi du teta Octets (240).

Dans un montage numérique, les bits sont envoyés à une fréquence déterminée par une horloge de synchronisation. La connexion peut-être série (un seul fils) ou parallèle (8 fils mais aussi ses multiples d'exposants par 2 soit 16, 32, 64, 128, ...). Ceci est valable pour les périphériques externes mais aussi à l'intérieur des circuits intégrés d'un ordinateur

La fréquence est le nombre de bit envoyé sur une connexion par seconde. Elle est exprimée en hertz. 1 hertz correspond à 1 bit transféré par seconde, 1.000.000 Hertz (soit un Méga) à 1.000.000 données par secondes. Dans notre exemple, la fréquence est de 2 hertz, une information (1 bit) est transféré en 1/2 seconde.

Le taux de transfert d'un circuit est le nombre d'octets envoyés par seconde (donc sur 8 bits), on parle de B/s ou Bps. En série, on utilise plutôt le baud (rate), le nombre de bits transmis à la seconde, les données mais aussi toute une série de bits de contrôles. En général, on divise le Baud Rate par 10 pour obtenir le taux de transfert effectif (c'est une approximation).

Quelques ordres de grandeurs:

  • Une clé USB actuelle standard à une capacité de stockage de 16 ou 32 GB, celle d'un disque dur est généralement de 500 GB, 1 Tera Byte.

  • Un disque dur SATA3 permet des vitesses maximum de 600 MB/s, une ligne ADSL 2+ permet 24 Mb/s en réception (un peu plus de 2 MB/s), un réseau Wifi 802.11 N (la norme actuelle) de 150 ou 300 Mb/s (soit largement supérieure à une connexion ADSL)

  • la fréquence du réseau électrique est de 50 Hertz, celle d'un processeur varie de 1 Giga à 3 Giga Hertz.

11. Les portes et fonctions logiques

Quelques opérations (fonctions) sont possibles sur les signaux numériques, soit via des formules mathématiques spécifiques qu'on retrouve dans différents programmes comme Excel ou Access, soit par des circuits spécialisés qu'on appelle des ports.

Pour déterminer la valeur de sortie en fonction de celle (s) d'entrée, on définit une table logique pour chaque fonction: 0 pour faux (tension de 0 volts) et 1 pour vrai.

Porte TTL NON - NoPorte NO (NON)

Fonction inverseuse: vrai si l'entrée est fausse et inversément.

Entrée Sortie
0 1
1 0

Porte NAND (Non-ET) La sortie est vrai si: NON(ensemble des valeurs d'entrées sont vraies)

Entrées Sorties
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Pour calculer la sortie, nous multiplions les valeurs des entrées entre-elles et inversons le résultat.

porte TTL NORPorte NOR - Non OU

La fonction OU donne si au moins un des signal est à (1). Le résultat n'est faux que si TOUTES les entrées sont à 0: ceci correspond à une addition. Pour une porte NOR, on inverse le résultat

Entrées Sortie NOR
A B C  
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 0

Les fonctions logiques acceptent l'utilisation de parenthèses:

Fonction A AND (B OR C):

Entrées (B OR C) Sortie A and (B or C)
A B C    
0 0 0 0 0 * (0) = 0
0 0 1 1 0 * (1) = 0
0 1 0 1 0 * (1) = 0
0 1 1 1 0 * (1) = 0
1 0 0 0 1 * (0) = 0
1 0 1 1 1 * (1) = 1
1 1 0 1 1 * 1 = 1
1 1 1 1 1 * 1 = 1

12. Le troisième état.

Les portes logiques de base sont complétées par 4 autres types: les bascules (fonctionnent suivant des modifications de valeurs en entrées et plus suivant des niveaux), les buffers (mémoires tampon mais aussi amplificateurs de tensions), les multiplexeurs (commutateurs électroniques, la valeur de sortie est sélectionnée parmi celles d'entrées suivant des bornes de commandes) et les tristates - troisième état. Les premières dépassent le niveau de ce cours.

Troisième état (Tri-State). Lorsque plusieurs circuits sont susceptibles d'envoyer un signal numérique, il est indispensable que seul le circuit qui émet soit raccordé. Si plusieurs circuits sont connectés en même temps, si un envoie une valeur 0, il va relier automatiquement la sortie de tous les autres à la masse faussant le signal. Une porte Tri-state va simplement permettre de déconnecter une sortie du montage global: sa tension de sortie devient inopérante. Ces portes sont souvent intégrées dans les buffers. Le Direct Memory Access que nous verrons au chapitre suivant utilise de type de composant.

 Un multiplexeur est un commutateur logique qui permet de sélectionner une entrée (une seule) parmi d'autres. Dans l'exemple ci-dessous, 4 entrées (E0 à E3) sont possibles, la partie commande va utiliser 2 bornes (A et B).

Bornes de commandes Sorties
A B  
0 0 E0
0 1 E1
1 0 E2
1 1 E3

13. Notion de Calcul binaire, hexadécimal

Dans un calcul standard, on utilise des nombres en base 10, en numérique, la base est 2 (2 valeurs possibles). Par facilité, les électroniciens regroupent souvent les bits par 16 pour coder en hexadécimal.

Addition en base 2.

Report: 01100 
1101
+ 1100
11001

 Comme en décimal, on part de la droite (poids le plus faible) vers la gauche:

  • 1 + 0 = 1
  • 0 + 0 = 0
  • 1 + 1 = 2, soit 0 avec report de 1 sur la partie gauche suivante.
  • 1 + 1 + 1 (report) = 3, soit 1 avec un report de 1 à gauche
  • le bit de report précédant, soit 1

En hexadécimal (précédés de $ ou de h pour les distinguer), comme en décimal, on débute par les chiffres de 0 à 9, on poursuit par les lettres A (10 en décimal), B (11), ... F (15).

FA5
+ 15A
10FF
  • 5 + A = 5 + 10 = 15 soit $F
  • A + 5 = 10 + 5 = 15 et toujours $F
  • F + 1 = 15 + 1 = 16, soit 0 + 1 de report

14. Outillage, testeurs et appareils de mesure

En électricité, le principal instrument de mesure est le multimètre qui regroupe un voltmètres (mesures des tensions continues ou alternatives), un ampèremètre (mesure l'intensité du courant en continu ou alternatif), ohmmètre (mesure la résistance, hors montage). Certains permettent également de vérifier les diodes et les transistors. Sa seule réelle utilisation pour un technicien informatique est la mesure de la tension de sortie d'un chargeur pour portable (en panne ou non).

Dans les laboratoires (y compris scolaires), l'oscilloscope permet de visualiser des tensions alternatives et répétitives avec des fréquences relativement faibles (jusqu'à 50.000 Hertz). Ils sont inutilisables dans les montages numériques (signaux non répétitifs et fréquence plus élevée). En numérique, son équivalent est l'analyseur logique qui mémorise les données pendant un petits laps de temps. Ils ne sont jamais utilisés par les techniciens, seulement par des concepteurs de circuits électroniques.

L'outillage d'un technicien informatique se réduit à des tournevis en croix et plats (pensez également au mini pour les PC portables), des torx (4 ou 6 cotés) pour quelques ordinateurs de marques et imprimantes, petite pince plate pour enlever certain pontages et cavaliers et un multimètre utilisé comme voltmètre. Pour quelques cas particuliers (entretoises de fixation de cartes mères ou de connecteur VGA des cartes graphiques), une pince Allen au pas de 5 européen (fonctionne sans forcer avec l'équivalent américain) peut aussi être utile.

A part dans les ordinateurs portables, les ordinateurs n'utilisent que deux pas de vis (de nouveau normes américaines).

En complément:

La suite du cours sur les ordinateurs et périphériques > 3. Fonctionnement électroniques des cartes utilisant un processeur

Le cours hardware 1: PC et périphériques. Le cours Hardware 2: réseaux, serveurs et communication. Les versions de Windows, Dos: cours technique sur les systèmes d'exploitation.

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Les compétences au service de la qualité, nos activités

Révision: le 17/11/13