Systèmes micro-informatiques et réseaux : composants, topologies, sécurité

Introduction aux Systèmes Micro-ordinateurs et Réseaux

Cette unité d'enseignement explore les systèmes informatiques, leurs composants et l'exploitation des réseaux. Elle met l'accent sur la sécurité, l'ergonomie et les normes environnementales.

1. Cartes Mères : Formats et Caractéristiques

La carte mère est le circuit imprimé principal d'un ordinateur, connectant tous les composants essentiels. Ses caractéristiques varient principalement en fonction du nombre d'emplacements mémoire, d'extension et de sa taille.

• ATX : Le format le plus courant (305 x 244 mm), apparu en 1995, offrant une bonne extension des ports.
• MicroATX : Version plus compacte (244 x 244 mm) de l'ATX, souvent utilisée dans les PC de jeu.
• E-ATX : Cartes haut de gamme (305 x 330 mm) pour stations de travail et serveurs, permettant un plus grand nombre de composants.
• Mini-ITX : Créé en 2001 par VIA Technologies (170 x 170 mm), pour les PC de bureau compacts, limitant les extensions mais restant efficace.

2. Structure et Composants d'un Système Informatique

Un système informatique est un ensemble d'éléments interagissant pour traiter automatiquement des informations. Il se compose de trois éléments principaux : le matériel, le logiciel et les utilisateurs.

2.1 Le Matériel (Hardware)

Le matériel est la partie physique de l'ordinateur, tout ce qui est tangible.

• CPU (Unité Centrale de Traitement) : Le cœur du système, responsable de la plupart des opérations. Il comprend la carte mère, le processeur et la mémoire vive.
• Périphériques : Dispositifs d'entrée, de sortie ou d'entrée/sortie permettant la communication avec le monde extérieur.

2.2 Le Logiciel (Software)

Le logiciel est l'ensemble des programmes qui animent le matériel.

• Micrologiciel (Firmware) : Instructions nécessaires au bon fonctionnement de l'ordinateur (programme de démarrage).
• Système d'exploitation : Gère les périphériques et les ressources de l'ordinateur (ex: Windows, Linux, macOS).
• Applications : Programmes pour des tâches spécifiques (ex: Word, Photoshop, Google Chrome).

2.3 Les Utilisateurs

Les personnes qui interagissent avec l'ordinateur.

• Opérateurs : Utilisateurs finaux pour les activités quotidiennes.
• Techniciens : Responsables de l'installation et de la maintenance du matériel/logiciel.
• Développeurs : Créateurs de nouveaux matériels ou logiciels.

2.4 Processeur (CPU)

Unité centrale de traitement chargée de l'exécution des instructions et du traitement des données.

• Jeu d'instructions : Ensemble d'opérations que le processeur peut exécuter.
• Registres : Espaces de stockage temporaire des données et instructions au sein du processeur.
• Unité Arithmétique et Logique (UAL) : Effectue les opérations arithmétiques et logiques.
• Unité de contrôle : Gère le fonctionnement des composants du processeur.

2.5 Mémoire Interne : Types et Caractéristiques

La mémoire interne est structurée hiérarchiquement en registres, cache et mémoire principale.

• Caractéristiques : Capacité (Go), vitesse (temps d'accès), fréquence (MHz), bande passante, latence, tension, mode d'accès, taux de rafraîchissement.
• Types :
  • RAM (Random Access Memory) : Mémoire volatile, lecture/écriture.
    • DRAM (Dynamic RAM) : Construite avec des cellules stockant des données comme charge sur des condensateurs.
    • SRAM (Static RAM) : Utilise les mêmes éléments logiques que le processeur.
  • ROM (Read-Only Memory) : Mémoire non volatile, lecture seule.
    • PROM (Programmable ROM) : Non volatile, écriture unique.
    • EPROM (Erasable Programmable ROM) : Effaçable et programmable, réinscriptible.
    • EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) : Lecture seule, programmable et effaçable électroniquement.

2.6 Interfaces d'Entrée/Sortie

Circuits spéciaux gérant la communication entre l'unité centrale et les périphériques.

• Fonctionnement :
  • Sur consultation : Le processeur vérifie périodiquement l'état du périphérique. Inefficace pour les débits élevés.
  • Par interruptions : Le périphérique notifie le processeur lors d'un événement de transfert de données.
  • Accès Direct à la Mémoire (DMA) : Le périphérique opère directement en mémoire, avec autorisation du processeur, pour des débits élevés.

2.7 Disques

Dispositifs magnétiques et mécaniques pour le stockage de données non volatiles.

• Spécifications : Format physique, capacité, vitesse de rotation, vitesse interne, cache, vitesse externe, latence, temps de recherche.
• Interfaces :
  • ATA/IDE : Largement utilisé, avec logique de contrôle intégrée au disque. Configurations maître/esclave.
  • SCSI : Coûteux, problèmes de compatibilité.
  • SATA (Serial ATA) : Évolution de l'ATA/IDE, améliore la vitesse de transfert et simplifie l'installation.
  • Connexions externes : USB, FireWire, eSATA pour disques externes.

2.8 Périphériques

Dispositifs permettant à l'ordinateur de communiquer avec le monde extérieur.

• Périphériques d'entrée : Clavier, souris, scanner, microphone, webcam.
• Périphériques de sortie : Écran, imprimante, haut-parleurs.
• Périphériques d'entrée/sortie : Écran tactile, modem, adaptateur ou carte réseau.

2.9 Adaptateurs pour la Connexion d'Appareils

Permettent de connecter différents types d'appareils.

• Connecteur DVI : Interface visuelle numérique pour écrans et moniteurs de haute qualité.
• Connecteur mini DVI : Version plus petite du DVI, utilisée par Apple.
• Adaptateur miniDVI vers VGA : Pour connecter des Mac portables à des vidéoprojecteurs.
• Adaptateur HDMI vers VGA : Convertit le signal numérique (HDMI) en analogique (VGA).
• HDMI : Transfère images et audio à grande vitesse, haute définition.
• USB : Transmet signaux numériques et courant électrique, plug and play, très courant.
• RCA : Utilise plusieurs câbles (blanc, rouge, noir) pour l'audio et la vidéo composite.
• S-Vidéo : Super vidéo, circulaire avec quatre broches pour couleur et luminosité.
• FireWire : Transfère images et audio à grande vitesse, plug and play, utilisé dans les caméras vidéo.
• Mini-jack : Pour les signaux audio, utilisé dans les haut-parleurs et écouteurs.
• VGA : Signal de haute qualité, 15 broches, utilisé pour moniteurs et vidéoprojecteurs.

3. Règles de Sécurité et de Prévention des Risques Professionnels

Il est essentiel de respecter les normes de sécurité lors de l'assemblage et de l'utilisation des systèmes informatiques.

3.1 Assemblage de l'Équipement

• Électricité statique : Utiliser un bracelet antistatique ou toucher le châssis de l'ordinateur pour égaliser les potentiels et éviter les décharges électrostatiques.
• Précautions : Suivre les instructions de montage, ne pas forcer les composants, ne pas trop serrer les vis.

3.2 Ergonomie

Science visant à adapter l'environnement de travail aux caractéristiques du travailleur.

• Posture de travail : Maintenir une posture correcte devant l'ordinateur pour éviter les problèmes de santé.
• Éclairage : Conditions d'éclairage appropriées, éviter les reflets.
• Distance des machines : Maintenir une distance suffisante pour travailler confortablement et en toute sécurité.

3.3 Normes de Protection de l'Environnement

Importance du recyclage des déchets électroniques en raison de la contamination potentielle de leurs composants.

• Options de recyclage : Déposer dans un point de recyclage (point propre), retourner aux distributeurs, faire don à une ONG.

4. Caractéristiques des Réseaux : Avantages et Inconvénients

Un réseau informatique est un système de communication permettant aux utilisateurs de se connecter et de partager des ressources.

4.1 Fonctionnalités Principales

• Partage des ressources : Disques durs, imprimantes.
• Services de fichiers : Contrôle d'accès, copie, stockage et protection des fichiers.
• Serveurs d'impression : Ordinateurs dédiés au contrôle des imprimantes réseau.
• Sécurité : Attribution de droits d'accès et mots de passe par l'administrateur.
• Communications entre utilisateurs : Facilite l'échange de messages et de fichiers.
• Connectivité entre réseaux : Permet l'interconnexion de différents réseaux.
• Système de contrôle des transactions : Protège les bases de données contre les atteintes à l'intégrité.
• FTS (Fault Tolerance System) : Permet la survie du réseau même en cas de défaillance de certains composants.

4.2 Avantages

• Travail collaboratif : Facilite la communication et le partage de programmes/fichiers.
• Diffusion de courriels et de messages : Communication aisée entre les utilisateurs.
• Sauvegarde des données : Simplifiée grâce à la centralisation.
• Sécurité : Contrôle des données par des serveurs.
• Mise à jour du logiciel : Plus simple car centralisée sur le serveur.
• Avantages en termes de contrôle des données : Centralisation facilite le contrôle et la récupération.
• Utilisation étendue des terminaux passifs : Économique pour automatiser le travail.
• Disponibilité des logiciels réseau : Réduit les coûts si plusieurs copies sont nécessaires.
• Partage d'imprimantes haute qualité : Partage de périphériques coûteux.

5. Types de Réseaux

Les réseaux informatiques sont classifiés selon leurs caractéristiques, leur propriété ou leur portée géographique.

5.1 Selon les Caractéristiques du Réseau

• Réseaux dédiés ou exclusifs : Relient exclusivement deux ou plusieurs points pour des raisons de sécurité ou de débit.
  • Réseaux point à point : Connexion directe par ligne entre terminaux et ordinateurs. Haute vitesse, sécurité élevée, coût élevé.
  • Réseaux multipoints : Connectent plusieurs terminaux en partageant une seule ligne de transmission. Réduit les coûts, mais réduit la vitesse et la sécurité.
• Réseaux partagés : Un grand nombre d'utilisateurs partagent toutes les ressources.
  • Commutation par paquets : Les informations sont divisées en petits paquets avec identifiant de destination.
  • Commutation de circuits : Établit un circuit dédié entre deux stations pour communiquer.

5.2 Selon la Propriété du Réseau

• Réseaux privés : Gérés par des particuliers, entreprises ou organisations privées. Accès limité aux propriétaires.
• Réseaux publics : Appartiennent à des organismes publics, ouverts à tout utilisateur via contrat.

5.3 Selon son Champ d'Application ou son Extension Géographique

• Réseau Local (LAN) : Système de communication sur de courtes distances (quelques kilomètres), par exemple, un bureau ou un centre éducatif.
• Réseau Métropolitain (MAN) : Version plus grande du LAN, technologie similaire, couvre une zone géographique plus petite qu'un WAN mais avec une capacité de transfert supérieure.
• Réseau Étendu (WAN) : Système de communication sur de grandes distances (pays, villes, continents), généralement l'union de plusieurs LAN interconnectés.

6. Composants d'un Réseau Informatique

Un réseau informatique est composé de matériel et de logiciels.

6.1 Matériel

• Terminaux : Postes de travail et serveurs, équipés de cartes d'interface réseau.
• Équipement de connectivité : Hubs, commutateurs, routeurs, ponts, passerelles.
• Supports de transmission : Guidés (filaires) et non guidés (sans fil).

6.2 Logiciel

• Système d'exploitation réseau (NOS) : Principal composant logiciel.

6.3 Dispositifs Terminaux

• Postes de travail : Ordinateurs connectés au réseau, capables de fonctionner de manière autonome et d'accéder aux ressources du réseau.
• Serveur : Ordinateur gérant le système de fichiers réseau, les imprimantes, les communications et d'autres fonctions. Peut être dédié ou non.
• Cartes d'interface réseau (NIC) : Permettent de connecter les câbles entre les serveurs et les postes de travail. Contiennent les protocoles et commandes nécessaires au type de réseau.

6.4 Équipement de Connectivité

Dispositifs pour l'interconnexion des réseaux.

• Répéteur : Relie deux segments d'un même réseau, reconstruit et transmet le signal pour éviter les problèmes de longueur.
• Hub : Contient plusieurs ports, retransmet chaque paquet reçu vers tous les autres ports. Permet les réseaux en étoile et les extensions LAN.
• Pont : Relie deux segments de réseau, sélectionne le trafic passant d'un segment à l'autre en fonction de l'adresse MAC.
• Commutateur (Switch) : Interconnecte plusieurs segments de réseau, transmettant les informations selon l'adresse MAC. Agit comme un filtre au niveau de la couche liaison de données.
• Routeur : Dispositif d'interconnexion de réseaux informatiques qui achemine les paquets entre les réseaux. Détermine le chemin que doit emprunter un paquet.
• Passerelle : Routeurs avec des programmes supplémentaires permettant d'interconnecter des réseaux utilisant différents protocoles (ex: TCP/IP, SNA, Netware, VoIP).

6.5 Supports de Transmission

Permettent d'interconnecter le système, peuvent être guidés (filaires) ou non guidés (sans fil).

6.5.1 Médias Guidés (Câblés)

• Paire torsadée : Deux fils de cuivre torsadés pour réduire les interférences.
  • UTP (Unshielded Twisted Pair) : Sans revêtement métallique, plus sensible aux interférences, économique.
  • STP (Shielded Twisted Pair) : Avec revêtement métallique pour éviter les interférences externes, mieux protégé mais moins flexible.
• Câble coaxial : Fil conducteur en cuivre enveloppé dans une tresse plate, avec une couche d'isolant et une protection externe. Disponible en épais (longues distances) et fin (points proches).
• Fibre optique : Connexion coûteuse, transmission d'informations à haut débit par la lumière, faible risque d'interférence.
  • Multimode : Plusieurs faisceaux lumineux circulent, chacun suivant un chemin différent.
  • Monomode : Un seul faisceau lumineux se propage, parallèle à l'axe de la fibre, sans rebondir. Vitesse et distance de couverture supérieures, plus coûteuse.

6.5.2 Médias Non Guidés (Sans Fil)

• Infrarouge : Émission/réception d'un faisceau lumineux, nécessite un contact visuel. Débits de 10 Mbit/s.
• Micro-ondes : Largement utilisées comme liaisons où les câbles ne sont pas pratiques. Nécessite une visibilité directe.
• Wi-Fi : Norme ISO 802.11 pour les réseaux locaux, transmission par radiofréquence, offre une mobilité.
• Bluetooth : Utilise la radiofréquence, connexion directe entre deux appareils, faible consommation d'énergie.

7. Topologies de Réseau

La topologie du réseau est la manière dont les différents systèmes qui composent le réseau sont distribués.

7.1 Topologie du Bus

Tous les ordinateurs sont connectés à une seule ligne (bus), partageant le même canal de données. Facile à mettre en œuvre, mais la défaillance d'un appareil affecte tout le réseau.

7.2 Topologie en Anneau

Les ordinateurs sont connectés en circuit fermé, formant un anneau où les informations circulent dans un seul sens. Une variante est la topologie à double anneau pour une meilleure fiabilité.

7.3 Topologie en Étoile

L'équipement réseau est connecté à un périphérique central (hub ou commutateur) qui gère les communications. Moins vulnérable que le bus ou l'anneau, car la défaillance d'un équipement ne paralyse pas le reste du réseau. La plus utilisée.

7.4 Topologie Maillée

Tous les nœuds sont connectés les uns aux autres (réseau entièrement maillé). Offre une immunité relative aux encombrements et aux pannes de câblage, et permet de diriger le trafic vers des itinéraires alternatifs.

8. Types de Câblage et Connecteurs

Différents types de câbles et connecteurs sont utilisés dans les réseaux.

8.1 Câblage

• Cuivre :
  • Paire torsadée : UTP (non blindé), FTP (blindage global), STP (blindé).
• Fibre optique : Cylindre de verre très fin transmettant des signaux numériques par impulsions lumineuses. Faibles pertes, immunité aux interférences électromagnétiques, large bande passante.

8.2 Connecteurs

• RJ45 : Les plus couramment utilisés, inserts en plastique transparent avec un nombre spécifique de broches. Disponibles en versions mâle et femelle.

9. Carte Physique et Logique d'un Réseau Local

La documentation d'implémentation du réseau doit inclure une représentation graphique de sa topologie.

• Carte physique : Représentation graphique de la topologie du réseau, incluant les connexions internes et externes, et la spécification de la connectivité du câblage.
• Carte logique : Indique la fonctionnalité de chaque élément du réseau, y compris ses adresses et sa fonction.

Résumé Final

Cette unité a couvert les systèmes informatiques, leurs composants matériels (carte mère, processeur, mémoire, interfaces, périphériques) et logiciels. Elle a également détaillé les réseaux informatiques, leurs caractéristiques, types (LAN, WAN, MAN), topologies (bus, étoile, anneau, maille), câblage et connecteurs. Une attention particulière a été portée aux règles de sécurité, à l'ergonomie et à la protection de l'environnement, y compris le recyclage des équipements informatiques.