CM10 : Technologie des Périphériques

I : Notion de périphérique *

II : Périphériques d’entrée de données *

III : Périphériques de sortie de données *

Autour d’un ordinateur peuvent se trouver un grand nombre d’appareils dits périphériques, de nature et de fonction très diverses. Ils ne sont pas indispensables au fonctionnement de la machine. Les périphériques peuvent entrer des données dans l’unité centrale (clavier, souris), sortir des données de l’UC (écran, imprimante) ou effectuer les deux actions (modem..)

L’unité centrale peut gérer elle-même les périphériques ou confier cette tâche à un circuit spécialisé appelé contrôleur de périphérique, déchargeant ainsi le CPU de ce travail.

Chaque périphérique possède une interface qui fait le lien entre lui et l’unité centrale, notamment au niveau du protocole de communication, ainsi que du brochage des connecteurs physiques.

Ces périphériques permettent d’entrer des informations en provenance de l’opérateur (humain) dans l’unité centrale.

Depuis longtemps, l’organe de saisie d’informations privilégié des ordinateurs (surtout des micros) est le clavier. Copiant celui d’une machine à écrire, afin que les secrétaires, dactylographes et opérateurs de saisie gardent les mêmes habitudes en passant d’une machine à écrire à un ordinateur. Comportant une centaine de touches (les lettres de l’alphabet, les chiffres, les symboles diverses, quelques touches de fonction) environ, le clavier communique à l’unité centrale via une liaison de type série, à vitesse réduite. Le codage utilisé pour préciser la touche tapée par l’utilisateur est dit code touche qui désigne la touche frappée.

Il existe différentes technologies pour les touches du clavier : mécanique, électromécanique, ... les différences étant toutefois minimes.

L’emplacement des touches du clavier est standardisé pour un pays donné, mais pas internationalement. Par exemple, le clavier français est dit AZERTY, car les six premières lettres sont A, Z , E, R, T et Y. Le clavier américain est quand à lui dit QWERTY. Les différences ne s’arrêtent pas bien sur aux 6 premières lettres, puisque le clavier américain par exemple ne possède pas d’accents, alors que nous en avons besoin. Si un logiciel attend un clavier QWERTY et que l’ordinateur est relié à un clavier AZERTY, cela peut poser des problèmes. En effet, les programmes regardent le code touche qui désigne la touche par ses coordonnées sur le clavier. La touche Q sur un clavier QWERTY à le même code que la touche A sur un clavier AZERTY. D’où une confusion du logiciel ! Pour remédier à cela, un logiciel peut interroger le système d’exploitation sur le code ASCII de la touche. Le système étant en général dans la même langue que le clavier, le problème est résolu.

Le clavier, périphérique quasi indispensable aux micro-ordinateurs, est le périphérique le plus " vieillot " : il n’a pour ainsi dire par changé depuis l’apparition du micro-ordinateur, vers 1970.

La souris est un périphérique dit de pointage. Les mouvements de la souris sont transformés par l’UC en mouvements d’un pointeur sur l’écran. Beaucoup plus pratique que le clavier dans certains cas, la souris est utilisée sur pratiquement tous les micro-ordinateurs actuels, ainsi que sur certains minis.

La souris communique en général par une interface série. Les informations qu’elle transmet sont, outre l’appui ou non sur un de ses boutons, le déplacement relatif effectué depuis le dernier mouvement. L’unité de déplacement utilisée est le mickey, en hommage à la souris la plus connue. En fonction des résolutions de la carte vidéo et de la souris elle-même, un mickey se situe entre 1/200 pouce et 1/400 pouce. (1 pouce=2.54 cm)

Pour connaître les déplacements de la main de l’opérateur, la souris possède une petite boule de gomme, posée contre la surface de travail, qui roule lors du mouvement de la main. Cette boule est reliée à deux capteurs qui peuvent retranscrire leur rotation en déplacement suivant l’axe X et l’axe Y.

Les boutons sont de simples contacteurs électroniques. Il existe des souris fonctionnant avec un principe complètement différent : la surface de travail est composée d’une grille très serrée. La souris émet un rayon infrarouge qui est renvoyé ou pas, suivant la position sur la grille. L’électronique de la souris peut en déduire le déplacement de celle-ci. Cette solution présente l’avantage d’être inusable (pas de partie mécanique en mouvement) mais elle est coûteuse et impose une surface de travail particulière.

On peut signaler le trackball, sorte de souris à l’envers, l’opérateur agit directement sur la boule alors que le corps du trackball est fixe. Ce dispositif équipe souvent les ordinateurs portables.

On peut considérer le crayon optique comme l’ancêtre de la souris. Il s’agit également d’un périphérique de pointage direct sur l’écran. L’opérateur peut de cette façon pointer un objet directement, plus rapidement qu’à la souris.

Le principe est très simple : le crayon, lorsqu’il est appuyé sur l’écran, détecte le faisceau lumineux qui balaye celui-ci. En comptant le temps écoulé depuis la construction de l’image, et en connaissant la fréquence de balayage, l’UC peut en déduire la position du faisceau, et donc celle du crayon. Dans la pratique, il est difficile (et coûteux) de construire un dispositif précis.

L’écran tactile est une variante du crayon optique, mais d’un principe technologique différent. Les mêmes problèmes de précision apparaissent.

Mélange entre le crayon optique et la souris, la tablette comporte un stylet, parfois à pression variable (la tablette peut détecter l’intensité de la pression) qui transmet à l’UC (par voie série en général) la position en X/Y du stylet, ainsi que l’intensité de la pression (si la pression est variable). Plus cher qu’une souris, ce périphérique est mieux adapté au dessin sur ordinateur par exemple.

Appelés " manettes de jeu " en français (il est vrai que la traduction littérale est bâton de joie) les joysticks sont les périphériques privilégiés du joueur. Sous ce terme peuvent être regroupés les manches à balais, les boîtiers de commande (pad), les volants, et autres... Ils permettent tous de transmettre à l’UC une position (X,Y, et parfois Z) ainsi qu’une information sur la pression sur plusieurs boutons (boutons de tir). Ils peuvent être analogiques (PC) ou digitaux (consoles de jeu). Les joysticks peuvent également être utilisés dans des applications non ludiques, où ils peuvent avantageusement remplacer la souris (pilotage à distance d’un robot par exemple).

Il y a un grand nombre de périphériques d’acquisition d’images : appareils photos, caméras vidéos, scanners...

Dans tous les cas, le principe est de transformer une intensité lumineuse (ou 3 en couleurs) en un nombre.

Pour définir les points acquis, on emploie le terme de pixel.

Les caractéristiques de ces périphériques sont la résolution (le nombre de pixels par unité de surface) le nombre de couleurs (le nombre de bits utilisé pour coder une couleur) et la vitesse d’acquisition.

Les scanners grand public actuels ont des résolutions entre 300 et 600 DPI (dots per inch, points par pouce) soit environ de 750 à 1500 points par centimètre. Les couleurs sont codés sur 24 (8 bits par couleur) ou 36 bits (9 bits par couleur) ce qui donne de 16 millions à 68 milliards de couleurs. Le temps moyen pour acquérir une page au format A4 est d’environ 1 minute.

Ces circuits sont chargés de communiquer à l’opérateur les informations produites par l’unité centrale.

Moniteur : celui qui montre. Cette définition ne s’applique pas bien sûr qu’à l’écran, même si fréquemment c’est un écran qui sert de moniteur. Un panneau de LEDs peut également faire office de moniteur.

Certains ordinateurs n’ont pour moniteur que quelques lumières indiquant l’état de leur activité.

L’écran est bien sûr le moniteur le plus utilisé, surtout en microinformatique.

Il existe un certains nombre de technologies d’écran :

Cet écran est semblable à celui des téléviseurs. C’est le plus répandu et le moins onéreux. Monochrome à l’origine, il fonctionne à présent en couleurs.

Le principe est assez simple : un faisceau d’électrons parcourt à grande vitesse un tube où l’on a fait le vide. Lorsqu’il frappe la surface de l’écran, l’électron produit de la lumière. Le point de l’écran ainsi frappé s’allume donc.

Pour former une image, le canon à électron balaie la surface de l’écran, en envoyant ou non des électrons pour allumer un point. Il n’a en fait qu’un seul point allumé à la fois, mais grâce à la persistance rétinienne, l’œil humain croit en percevoir plus. Pour cela, il faut que le balayage soit assez rapide, sinon on voit un scintillement de l’écran désagréable à l’œil.

Pour un écran couleurs, il y a trois faisceaux d’électrons (rouge, vert et bleu) qui produisent les couleurs suivant une synthèse additive. La télévision présente 25 images par seconde. Les écrans VGA équipant les micro-ordinateurs récents peuvent atteindre 100 images par seconde. Pour une image fixe (comme un traitement de texte) à une petite distance, le minimum conseillé est de 75 images par seconde.

Le principal inconvénient de ce type d’écrans est sa taille : le tube cathodique doit avoir en effet une certaine profondeur.

Plus coûteux que les écrans cathodiques, les écrans à cristaux liquides sont plus intéressants pour les micros portables, puisqu’ils sont quasiment plats. L’écran est composé de deux plaques transparentes entre lesquelles il y a une fine couche de liquide dans laquelle certaines molécules (des cristaux) ont la propriété de s’orienter lorsqu’elles sont soumises à du courant électrique. Suivant leur orientation, elles sont opaques ou transparentes. Pour avoir de la couleur, on triple les cristaux (trois couches) en les associant à des filtres RVB.

L’imprimante permet de faire une sortie sur papier des données fournies par l’UC. Ces informations peuvent être du texte ou des images.

Il existe un grand nombre de technologies d’impression. Nous allons voir les plus courantes.

Dans une imprimante matricielle, une tête munie d’aiguilles vient frapper un ruban encreur. La tête effectue un va-et-vient sur le papier pour imprimer une ligne. Un rouleau fait défiler le papier pour imprimer la ligne suivante.

L’imprimante matricielle est lente et bruyante, mais elle est très économe en matériel et consommables. Elle peut imprimer du texte (grâce à des matrices de caractères) ou des images en mode point (ligne à ligne) mais elle est plus adaptée à du texte type courrier. Son procédé d’impression par impact permet d’imprimer plusieurs feuilles en une fois, à l’aide de papier carbone. Pour imprimer en couleurs, il suffit de combiner l’action de plusieurs rubans.

Les imprimantes matricielles récentes impriment à une vitesse de 100 cps (mode texte) ou 1 ppm (mode graphique). La précision atteint 200 DPI (modèles 24 aiguilles). Le coût à la page est de l’ordre de 0,50F.

Une imprimante à jet d’encre (ou à bulles d’encre) utilise la propriété qu’un fluide chauffé produit des bulles. La tête d’impression d’une imprimante jet d’encre ressemble à celle d’une matricielle. A la place des aiguilles, on trouve des buses remplies d’encre. Pour imprimer un point, il suffit de chauffer l’encre contenue dans la buse au moyen d’une impulsion électrique. Une bulle se produit, qui projette une gouttelette d’encre sur le papier. Le vide ainsi crée rappelle de l’encre de la cartouche.

Pour le reste, cette imprimante est semblable à la matricielle (elle imprime ligne à ligne) mais elle est plus silencieuse (pas de partie mécanique) et plus rapide. Son coût est légèrement supérieur, les consommables sont beaucoup plus coûteux. Avec plusieurs encres, on peut imprimer en couleurs. Les imprimantes récentes ont une résolution de 300 à 600 DPI, une vitesse de 1 à 4 ppm en mode graphique. Le coût à la page est de l’ordre d’1F en noir et blanc, et de 2 à 5F en couleurs, suivant les qualités d’encre et de papier employés.

L’imprimante laser reproduit à l’aide de points l’image envoyée par l’UC. Elle imprime donc une page complète, et non pas une ligne comme les précédentes.

L’imprimante peut être très complexe, posséder un microprocesseur et de la mémoire pour construire elle-même l’image à imprimer. Elle est dans ce cas plus rapide mais également plus chère.

Le fonctionnement est assez complexe.

Un ionisateur de papier charge (électriquement) les feuilles positivement.
Un ionisateur de tambour charge le tambour négativement.

Le rayon laser charge le tambour positivement en certains points (ceux où l’on veut un pixel noir). L’encre, (appelée toner) solide et chargée négativement, se dépose sur le tambour à ces endroits. L’encre vient ensuite se déposer sur le papier, qui passe ensuite entre deux rouleaux chauffants pour qu’elle soit fixée. Il n’y a donc aucune tête mécanique : l’imprimante est plus rapide et moins bruyante. En réduisant la taille du rayon laser et des particules de toner, on peut atteindre des précisions importantes.

Les laser grand public actuelles impriment 4 ppm à 600 DPI pour un coût à la page de 0,50F. Mais les modèles professionnels peuvent dépasser les 20 ppm. (ppm : pages par minute)

Il existe bien sûr d’autres types d’imprimantes, mais moins répandus.