Architecture et Technologie des Ordinateurs - 9 - Les entrées/sorties

8/8/2019 Architecture et Technologie des Ordinateurs - 9 - Les entres/sorties

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informations servent contrler le mouvement permanent du faisceau d'lectrons. On utilise pour cela deux convertisseurs numriques analogiques dont les tensions de sortie commandent lesdeux jeux de plaques de dflexion.

Un autre convertisseur commande la tension de la grille. Comme il ne reoit ici en entre

qu'un seul bit provenant d'un registre dcalage il met un signal de commande en tout ou rien.

ligne colonne bitrang

Compteur Mmoired'crancode police

Mmoirede caractres

Registre dcalage

H

CNA CNA CNA

HS VS grille

Bus systme

Unitcentrale

Figure 7

Nous constatons que la mmoire d'cran qui sert d'interface entre l'unit centrale et lecontrleur du tube rayons cathodiques est une mmoire double accs. Un accs en crituredepuis le microprocesseur et un accs en lecture pour le contrleur.

Le systme de codage employ en mmoire d'cran dans l'exemple prcdent ncessiteune tape de dcodage avant d'envoyer le signal de commande vido (grille) au tube. Unemthode permet d'augmenter le taux de rafrachissement en vitant cette tape. Il s'agit d'utiliser une mmoire dans laquelle chaque bit correspond un pixel : "1" ou "0" selon que le pixelassoci est allum ou non. Cette trs grande matrice constitue une image binaire de l'cran :mmoire de trame ou bitmap. Le contrleur peut alors extraire directement le signal decommande de cette mmoire. Un gain de vitesse est obtenu au prix de plus de mmoire. Cettetechnique est largement employe dans les crans graphiques.

S. Tisserant ESIL Architecture et Technologie des Ordinateurs - 2003 195


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IX.2.d Ecrans graphiques

Les crans graphiques permettent l'affichage de caractres et de dessins ou d'images. Il

existe deux types d'crans graphiques : les crans mmoire de trame et les crans balayagecavalier.

Rsumons le principe de la mmoire de trame que nous avons introduit plus haut. L'cranest divis en petits domaines lmentaires : les pixels. Ces pixels sont rpartis en lignes etcolonnes. Pour les crans monochromes chaque pixel possde deux tats possibles : teint ouallum. Il est donc possible d'avoir une reprsentation logique d'un tel cran en associant un bit chaque pixel. On obtient ainsi une image binaire : la mmoire de trame. Le contrleur du tubecathodique balaie en parallle ligne par ligne cette mmoire et l'cran, chaque bit 1 est affich.Le contrle de l'intensit se fait en tout ou rien. Initialement cette mmoire de trame contenaitl'image des caractres afficher. Son usage s'est trs vite gnralis pour l'affichage de dessins.

L'tape suivante a consist passer du "noir et blanc" des niveaux de gris. Pour ce typed'cran il faut moduler l'intensit du faisceau d'lectrons pour chaque pixel. Il faut alors plusieurs

bits (par exemple 8 bits pour reprsenter 256 niveaux de gris) par pixel. Un convertisseur numrique analogique est alors utilis pour commander l'intensit du canon lectrons. Le

principe est toujours le mme pour les crans en couleur : il faut moduler les trois couleurs de base (bleu, rouge et vert). Leur mlange donne naissance aux autres couleurs. On peut utiliser trois mmoires de trame. Avec 1 bit par couleur fondamentale on peut obtenir huit couleurs, avec8 bits par couleur on dispose d'une palette de seize millions de couleurs (2 24 = 16 10 6). Une autresolution consiste avoir une seule mmoire, avec n bits par pixel. Entre la mmoire de trame etles trois convertisseurs numriques analogiques il faut intercaler une table de correspondance

(look-up table) en mmoire morte ou vive. Cette table de couleurs permet d'associer chacunedes 2 n combinaisons une couleur particulire, dfinie par trois intensits. Lorsqu'elle est rangeen mmoire vive cette table peut tre redfinie par l'utilisateur.

Le rafrachissement de l'cran est gr par le contrleur du tube cathodique qui explore priodiquement la mmoire de trame. Lorsque l'image doit tre modifie l'unit centrale ne doitintervenir qu'au niveau de cette mmoire. Cependant compte tenu de l'importance de plus en plusgrande du graphisme dans les applications et en particulier du 3D dans les jeux et les applicationsmultimdia, la mise jour de la mmoire de trame mobilise de plus en plus l'unit centrale etengorge le bus systme. Une solution ce problme consiste insrer entre l'unit centrale et lammoire de trame un processeur spcialis (fig. 8). L'unit centrale transmet les actions raliser

ce processeur graphique grce des macro-instructions (tracer une droite, un cercle, dplacer l'image, etc.). Le processeur graphique se charge de la mise jour de la mmoire de trame.L'unit centrale est alors libre pour ses autres tches et le trafic sur le bus systme nettementrduit. L'architecture des processeurs graphiques s'est trs vite spcialise. Cette interfacegraphique est relie la mmoire de trame, encore appele mmoire vido (VRAM), par un busrserv. Une caractristique importante de cette mmoire vido est son double accs en criture eten lecture.



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Unitcentrale

Interfacegraphique

MmoireVido

Contrleur d'cran

Bus systme

CRT

Figure 8

Dans un cran balayage cavalier on utilise le faisceau d'lectrons comme un crayon pour dessiner. Il est programm pour dessiner une image par segments. Cette technique, adapte auxstructures filiformes, est utilise dans certaines stations de conception assiste par ordinateur (CAO) car elle permet une trs grande finesse du trait.

IX.2.e Ecrans cristaux liquides

L'apparition des crans plats cristaux liquides (LCD : Liquid Crystal Display) a permis,grce leur encombrement rduit et leur faible consommation, l'closion des "portables". Lescristaux liquides sont des liquides dont les molcules longues s'organisent selon un rseau commeles atomes d'un cristal. Elles se disposent en couches dans lesquelles elles ont toutes la mmeorientation.

Il est possible de contrler l'orientation de ces molcules en les plaant au contact avecune surface trs finement grave. Dans un cran cristaux liquides ceux-ci sont pris en sandwichentre deux plaques de ce type dont les rainures sont perpendiculaires. Les molcules dans lesdeux couches au contact avec ces plaques ont donc des orientations orthogonales. L'orientationdans les couches intermdiaires varie continment avec la profondeur de 0 90.

Les longues molcules des cristaux liquides se polarisent facilement. Cette caractristiquea deux consquences qui sont mises profit dans les crans cristaux liquides. Si on place cesmolcules dans un champ lectrique elles s'alignent paralllement celui-ci. Par ailleursl'interaction collective de ces molcules avec le champ lectrique de la lumire a pour effet defaire tourner le plan de polarisation de la lumire pour le rendre parallle l'orientation desmolcules.

Dans un cran cristaux liquides ceux-ci sont placs entre deux filtres polarisants croiss.La polarisation de chaque filtre est parallle celle des rainures de la face en regard. Ainsi lalumire qui pntre dans le liquide est-elle polarise paralllement avec la premire couche demolcules. Au fur et mesure que la lumire traverse le liquide son plan de polarisation tourneavec les molcules. A la sortie le plan de polarisation a donc pivot de 90 pour se trouver

parallle au second filtre polarisant. Celui-ci laisse donc passer la lumire : l'cran est transparent.



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On place deux lectrodes planes de part et d'autre des cristaux liquides. Lorsque ceslectrodes sont soumises une tension elles crent un champ lectrique perpendiculaire l'cran.Les molcules s'alignent avec ce champ et n'interagissent alors plus avec la lumire dont le plande polarisation n'est pas modifi par la traverse du liquide. La lumire est alors absorbe par lesecond filtre : l'cran est opaque. Cependant l'alignement des molcules avec le champ lectrique

n'est pas instantan. La vitesse de ce rarrangement dpend de l'intensit du champ lectrique etde la viscosit du liquide. Il est ainsi possible de moduler la quantit de lumire transmise.

La figure suivante illustre le principe d'un cran cristaux liquides dit matrice passive. Ilest constitu de plusieurs couches de matriaux. On trouve dans le sens du parcourt de lalumire :

- Un filtre polarisant.- Une plaque de verre.- Une srie d'lectrodes en oxyde mtallique transparent en forme de longues bandes parallles.

- Une plaque de polymre grave avec de trs fines rainures parallles la polarisation du premier filtre.

- Les cristaux liquides.- Une seconde plaque d'alignement aux rainures orthogonales celles de la premire.- Une seconde srie d'lectrodes en bandes orthogonales aux premires lectrodes.- Une couche de protection.- Un filtre color constitu de bandes rouges, vertes et bleues parallles et alternes.- Une plaque de verre.- Un second filtre polarisant crois par rapport au premier.

Tous les matriaux utiliss sont transparents. Les deux plaques de verre servent de supportsmcaniques aux autres couches. L'paisseur du liquide est contrle par de fines entretoises.

Les deux couches d'lectrodes correspondent aux lignes et aux colonnes. Un pixel estdfini par l'intersection de deux lectrodes. Comme dans un tube rayons cathodiques les pixelssont balays priodiquement. Une diffrence de potentielle est applique sur les deux lectrodes(ligne et colonne) correspondantes pendant un petit intervalle de temps. L'amplitude de cettetension permet de moduler d'intensit lumineuse du pixel correspondant. Sa couleur est dfinie

par le filtre color. La juxtaposition de pixels avec les trois couleurs de base permet d'obtenir lesautres couleurs.

La face arrire de l'cran est claire par des tubes fluorescents basse tension dont lalumire blanche est rpartie uniformment sur toute la surface par un diffuseur. Cette technique

permet la ralisation d'crans plats, de faibles paisseurs et consommations rduites.Contrairement aux tubes cathodiques pour lesquels la lumire est mise au niveau de l'cran dansun grand angle solide, il faut regarder un cran cristaux liquides de face.

Trs bon march cette technologie matrice passive prsente quelques inconvnients. Elleest assez lente ce qui rduit le taux de rafrachissement. Lorsqu'une tension est applique entreune ligne et une colonne le champ lectrique influence les pixels voisins. Une autre technique,dite matrice active, permet de remdier ces difficults. Les lectrodes sont segmentes petits



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carrs correspondants aux pixels. Ce dcoupage permet d'viter d'influencer les pixels voisins.Chaque pixel est command par un transistor, ce qui permet un gain important en vitesse. Cestransistors sont fabriqus sur des films de silicium trs fins dposs sur un substrat de quartz degrandes dimensions. Ces films contiennent plusieurs millions de transistors qui ne doivent pas

prsenter de dfaut. Les films de transistors peuvent maintenant tre raliss avec du silicium

polycristallin dpos sur un substrat en verre (le dpt du silicium se fait plus basse tempratureque pour obtenir un monocristal). On cherche utiliser du silicium amorphe.

filtres polarisantscroiss

lectrodestransparentes

filtre de couleurs

plaquesrainures

Figure 9

IX.2.f Souris

Outre le clavier l'utilisateur communique avec un ordinateur par l'intermdiaire d'uneinterface graphique et d'une souris. La plupart des souris actuelles sont optolectroniques. Une

boule en acier recouverte de caoutchouc entrane deux roues dont les axes sont perpendiculaires.Une troisime roue quipe d'un ressort maintient la boule en contact avec les deux autres roues.Sur l'axe de chacune de ces deux roues se trouve un disque perc de fentes radiales. Chaque

disque tourne entre deux cellules dcales. Chaque cellule contient une diode lectroluminescenteet une photodiode. Le comptage des impulsions lumineuses permet de mesurer le dplacement dela souris dans une direction. Le dcalage entre les deux cellules permet de dterminer le sens dumouvement.

Un crayon lumineux est un dtecteur optique, qui en contact avec l'cran, permet dereprer le passage du faisceau d'lectrons du tube cathodique. Il envoie un signal au contrleur vido qui peut ainsi dterminer sa position par rapport l'cran.



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IX.3 Imprimantes

Ds les dbuts de l'informatique, l'imprimante est apparue comme un outil indispensable

pour fournir l'homme les rsultats des calculs. Il existe une grande varit d'imprimantes : impact, thermiques, jet d'encre, laser, etc.

IX.3.a Imprimantes impact de marteaux

Parmi ces imprimantes citons les imprimantes marteaux. Il y a un marteau par colonne.Les caractres sont gravs en relief sur un ruban mtallique qui tourne en permanence devant lesmarteaux. Un ruban encreur est plac entre le ruban mtallique et le papier. Le papier avanceligne par ligne. L'lectronique de l'imprimante dclenche la frappe de chaque marteau lorsque le

bon caractre grav passe devant : frappe la vole. Cette technologie permet de raliser des

imprimantes trs rapides (jusqu' 3000 lignes par minute). Dans certains modles le rubanmtallique peut tre remplac par un tambour horizontal ou une "marguerite". Ces premiers typesd'imprimantes, parmi lesquelles nous pouvons encore mentionner l'imprimante boule d'IBM,sont les seules disposer de lettres prformes, assurant une excellente qualit d'impression(comparable celle des machines crire). Par contre les polices de caractres sont limites ennombre et elles sont incapables d'imprimer des graphiques.

IX.3.b Imprimantes aiguilles

Dans ces imprimantes les caractres sont reprsents par des points dans une grille oumatrice. La tte d'impression comporte autant d'aiguilles que de points par colonne. La tte sedplace horizontalement devant la ligne imprimer. Pour chaque caractre les aiguillescorrespondant aux points marquer sont lances par de petits lectro-aimants. Elle frappent ainsile ruban encreur situ entre la tte et le papier. Compte tenu de l'inertie des aiguilles il est difficilede raliser des imprimantes rapides. Les polices de caractres sont stockes en mmoire. Danscertains cas elles peuvent tre tlcharges par l'ordinateur. De plus elles peuvent imprimer point

par point des graphiques et des dessins. Simple et fiable, cette technologie permet de produire desimprimantes bon march. Permettant de faire des copies carbone elles sont trs utilises dans lesadministrations.

La qualit des imprimantes est dtermine par la densit de points exprime en dpi (dots per inch) ou ppp (points par pouce).



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IX.3.c Imprimantes thermiques

Les imprimantes thermiques ressemblent aux imprimantes matricielles aiguilles. Au lieude frapper un ruban les aiguilles chauffent un papier spcial sensible la chaleur. Peu utilises

pour l'impression monochrome, elles permettent l'impression couleur.

On utilise un rouleau de cellophane recouvert d'une encre solide, compos d'unesuccession de rgions jaune, cyan, magenta (les trois couleurs primaires) et noire ventuellement.Une srie de ttes thermiques est dispose perpendiculairement au sens de dfilement du papier.L'impression de chacune des couleurs primaires ncessite un passage du papier devant les ttes.L'impression se fait donc en trois ou quatre passes. Il existe deux technologies. Dans le cas dutransfert thermique on utilise une encre base de cire qui fond lorsqu'une tte thermique estactive. Par pression mcanique on obtient un point. Les couleurs de base (rouge, vert, bleu etnoir) sont obtenues par superposition des couleurs primaires. Les autres couleurs sont obtenues

par juxtaposition de points. La rsolution est d'environ 300 ppp. Pour la technologie de la

sublimation thermique le colorant passe de l'tat solide l'tat gazeux lorsqu'une tte thermiqueest active. Il diffuse alors sur le papier o il revient l'tat solide. La quantit de colorantvaporise peut tre contrle par la temprature de la tte thermique. Il est donc possible dedfinir l'intensit des couleurs primaires. Par superposition on peut disposer d'une trs large

palette de couleurs. L'impression sans trame est d'excellente qualit.

IX.3.d Imprimantes jet d'encre

Dans une imprimante jet d'encre la tte de lecture est compose de petits tubes qui

projettent de minuscules gouttelettes d'encre. Ces gouttelettes, charges lectrostatiquement, sontdiriges vers le papier avec une grande prcision par un systme de plaques de dviation.L'absence d'impact mcanique rend son fonctionnement trs silencieux. D'autre part, enaugmentant le nombre des tubes il est possible imprimer simultanment plusieurs couleurs.L'impression est de trs bonne qualit. La rsolution varie entre 200 ppp et 400 ppp.

IX.3.e Imprimantes laser

Le fonctionnement des imprimantes laser s'inspire de celui des photocopieuses. L'image

de la page imprimer est construite sur un tambour photoconducteur. Cette image est obtenueavec un faisceau laser rflchi sur un miroir mobile, pilot par l'lectronique de l'imprimante. Letambour passe devant une station d'encrage o l'encre sche, charge lectrostatiquement, estattire aux endroits chargs du tambour. L'image est ensuite transfre sur le papier par contact.Le papier est chauff pour fixer dfinitivement les particules d'encre. Cette technique permetl'impression sur papier ordinaire. On atteint des rsolutions variant entre 300 et 2000 ppp. Danscertains modles les polices de caractres sont dfinies gomtriquement. Il est alors possibled'obtenir une qualit proche de celle d'un imprimeur.



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IX.4 Supports magntiques

IX.4.a Enregistrement magntique

Le principe de l'enregistrement magntique est identique celui mis en uvre dans unmagntophone. On utilise les proprits magntiques de certains matriaux ferromagntiquescomme l'oxyde de fer ou certains alliages (phosphore-nickel ou phosphore-cobalt). Une couchemagntique, dune paisseur de quelques microns ou mme infrieure au micron aujourdhui, estdpose sur un support souple ou rigide. Elle est constitue de domaines de Weissmicroscopiques. Initialement l'orientation de l'aimantation de chacun de ces domaines estalatoire et l'aimantation rsultante est nulle. En prsence d'un champ magntique, suffisammentintense, l'aimantation de chaque domaine bascule pour tre parallle au champ inducteur. Lorsquecelui-ci disparat l'aimantation de chaque domaine persiste (rmanence) dans cette position,induisant une aimantation globale. Il est donc possible d'aimanter certaines zones ou cellules de

la couche magntique.Ce principe est mis en uvre dans une tte d'criture (fig. 10). Celle-ci est constitue par

l'entrefer d'un lectro-aimant. En alimentant la bobine on cre un champ magntique au voisinagede l'entrefer, son orientation dpend du sens du courant. Ce champ traverse la couchemagntique. Les domaines de Weiss en regard de la tte prennent une aimantation parallle auchamp magntique. Ils constituent une cellule dont l'aimantation, parallle aux lignes de champdans l'entrefer, a deux orientations possibles. Cette technique est donc adapte un codage

binaire.

bobine

entrefer

couche magntiquesupport

lignes de champ

Figure 10

Pour la lecture on peut utiliser la mme tte non alimente. Chaque cellule constitue unaimant permanent. Lorsqu'une cellule passe devant l'entrefer, par induction elle modifie le fluxmagntique traversant la bobine, ce qui cre un courant. Le sens de ce courant dpend du sens devariation de l'aimantation, donc de l'information binaire stocke dans la cellule.



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La densit linaire d'enregistrement se mesure en bpi (bits per inch). Cette densit dpendde la nature de la couche magntique, de la distance entre cette couche et la tte delecture/criture et de l'ouverture de l'entrefer.

Une tte de lecture est sensible aux variations du flux magntique, donc aux transitions,

ou changements de sens d'aimantation. Diffrentes techniques d'enregistrement sont utilises pour le codage des disques et des bandes magntiques. Nous allons en tudier quelques-unes,illustres par la figure 11.

0 1 0 0 0 0 01 1 1

NRZI

PE

NRZ

RZ

Figure 11

RZ (Return to Zero) On revient zro entre chaque bit. On spare les cellules magntises par une zone non aimante. La valeur 1 correspond une impulsion positive et la valeur 0 une impulsion ngative au niveau de la bobine. L'enregistrement est autosynchronis : iln'y a pas besoin de base de temps externe pour compter tous les bits. Par contre ce codagen'est pas favorable la densit.

NRZ (Non Return to Zero) On supprime les zones non aimantes. Il n'y a une transition, doncune impulsion, uniquement lorsque les informations passent de 0 1 et de 1 0. On peutainsi augmenter la densit. Cependant, comme une squence de bits gaux engendre uneimpulsion seulement au dbut, il faut une base de temps pour compter les bits.

NRZI (NRZ Inverted) Le sens de l'aimantation ne porte plus directement l'information. Seuls les bits 1 provoquent une inversion de magntisation. Il est ncessaire d'avoir une base detemps.

PE (Phase Encoding) Chaque cellule est divise en deux parties magntises en sens oppos.Il y a donc une transition au milieu de chaque cellule, mme dans une squence de bitsgaux. Le sens de cette transition indique la valeur binaire de l'information. Ce codage estautosynchronisateur. Il est facile de conserver la base de temps, reprant les milieux des



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cellules, en phase avec la vitesse de dfilement. Cette technique est cependant limite par la frquence des transitions.

GCR (Group Code Recording) Pour atteindre des densits suprieures, on reprend le principedu NRZI en supprimant les squences de zros pour faciliter la synchronisation de la base

de temps. Pour cela on utilise 5 bits pour coder des groupes de 4 bits selon la table 1.Chaque groupe de 4 bits est cod avant d'tre enregistr, en utilisant la mthode NRZI, etdcod la lecture. Avec ce code il est impossible de trouver plus de deux zrosconscutifs. Dans ces conditions il plus facile de recadrer en permanence la base de tempssur la frquence de dfilement des informations.

Donne (4 bits) Code (5 bits) Donne (4 bits) Code (5 bits)0000 11001 1000 110100001 11011 1001 010010010 10010 1010 010100011 10011 1011 01011

0100 11101 1100 111100101 10101 1101 011010110 10110 1110 011100111 10111 1111 01111

Table 1

IX.4.b Disques durs

Un disque dur constitue la mmoire de masse non volatile d'un ordinateur. Le premier disque a t dvelopp en 1954 par IBM.

Une unit de disques magntiques est gnralement constitue de plusieurs disques ou plateaux tournant la mme vitesse (plusieurs milliers de tours par minute). Un plateau estconstitu d'un substrat non magntique, usin et poli. On utilise soit l'aluminium, soit le verre oula cramique plus rsistants et plus fins. Les deux faces d'un plateau sont recouvertes d'unecouche magntisable (oxyde mtallique ou mtal). Entre ces plateaux se trouvent les ttes delecture/criture montes sur un mme bras mobile (fig. 12).

Les disques durs utilisent des ttes ultra-lgres, qui grce leur profil arodynamiqueflottent sur un coussin d'air. L'altitude de vol varie entre 0.25 et 2.5 m. Comme le montre lafigure 13, o nous n'avons pas pu visualiser un cheveu de diamtre 50 100 m, cela impose degrandes contraintes sur la planit des surfaces et leur propret. Pour cela les disques durs doivent

placs dans des botiers hermtiques, exempt de poussires (technologie Winchester, car mise au point pour lIBM 3030, calibre de la carabine Winchester). A l'arrt les ttes se posent sur une partie du plateau prpare cet effet ne contenant pas de donnes. Le ralentissement de larotation du disque, avec diminution progressive du film dair entran, permet un atterrissage endouceur.



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plateau

axe de rotation

tte de lecture et criture

Figure 12

poussire

20 30 m

trace de doigt5mfume

5mtte de lecture

altitude de vol couche d'oxydemagntique

4m2m

Figure 13

Les surfaces de chaque disque sont structures (fig. 14) en pistes (track) : cerclesconcentriques centrs sur l'axe de rotation. Un disque est galement divis en segments, ou "partsde gteau" d'angle fixe. L'intersection d'une piste et d'un segment est appele secteur. La tailledes secteurs est gnralement de 512 octets. Le secteur reprsente l'unit lmentaire d'accs d'un



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disque. Chaque secteur est spar du suivant par une petite zone non utilise qui permet dereprer les secteurs et de synchroniser les signaux de commande. L'ensemble des pistes de tousles plateaux un rayon donn forment un cylindre. Comme les ttes de lecture/criture sontsolidaires, les secteurs d'un cylindre peuvent tre accds simultanment. Le bras supportant cesttes pivote autour d'un axe et sa position est dfinie par une bobine lectromagntique. Ce

systme permet un positionnement rapide et prcis de la tte sur la piste. Ce positionnement est par ailleurs asservi sur des repres placs sur le disque.

piste

segment

secteur

Figure 14

La surface d'un disque vierge est uniforme, aucun reprage absolu n'est possible. Avant de pouvoir l'utiliser il faut raliser un premier formatage dit de bas niveau, c'est--dire mettre en place sur la surface des repres permettant de retrouver pistes et secteurs. Chaque secteur estgnralement structur en deux zones : un entte permettant son reprage et les donnes. Cettestructure dpend de larchitecture, on peut trouver :

- un intervalle de secteur : 10-20 octets 0 ;

- un label prcd dun marqueur : adresse du secteur (numros de disque, de face, decylindre et de secteur) ;- un code dtecteur derreur ;- une zone de synchronisation : permet de passer de la lecture dadresse lcriture des

donnes, sert galement au recadrage des signaux dhorloge ;- un marqueur de donnes ;- la zone de donnes.



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Les donnes sont crites et lues par secteurs. Pour identifier un bloc de donnes il faut spcifier lenumro de l'unit de disques, la tte (donc le plateau et la face), la piste (ou le cylindre) et lesecteur. En fait la capacit des disques durs et la taille moyenne des fichiers ont augment defaon telle qu'il n'est plus possible d'adresser individuellement chaque secteur. Un disque de 1 Gocontient 2 21 secteurs. Ceux-ci sont groups en grappes ou clusters. Cette organisation, la taille des

grappes et l'adressage logique des secteurs et des clusters dpendent du systme d'exploitation.Cela requiert un formatage logique, avec prparation de vecteurs d'tat, de tables d'allocation desfichiers, etc. Un vecteur d'tat permet de savoir si un secteur ou cluster est utilisable, utilis oulibre.

La capacit d'un disque est exprime en multiples de 1024 octets. La table suivantersume la valeur des prfixes utiliss pour exprimer les capacits des disques. J'ai quelque peuanticip certains multiples ne servent pas encore mme pour les sauvegardes.

Symbole Prfixe Capacitk kilo 2 10 = 1024

M mga 220

= (1024)2

G giga 2 30 = (1024) 3

T tra 2 40 = (1024) 4

P pta 2 50 = (1024) 5

E exa 2 60 = (1024) 6

Z zetta 2 70 = (1024) 7

Y yotta 2 80 = (1024) 8

Table 2

L'accs aux donnes sur un disque dur peut se dcomposer en trois tapes :

- positionnement des ttes au niveau du cylindre;- passage du secteur devant la tte de lecture et reprage;- transfert des donnes.

Un disque est dit accs semi-squentiel : accs direct la piste avec une constante de temps lie la mcanique, puis accs squentiel au secteur dans la piste. Le temps de dplacement de la tteest appel temps de recherche. Il dpend de l'amplitude du mouvement du bras (passage uncylindre voisin ou traverse complte du disque) et de l'inertie de celui-ci. Une fois la tte

positionne, le temps d'accs au secteur sur la piste est appel temps de latence. Celui-ci dpend

des positions initiales respectives de la tte et du secteur, en moyenne il faut parcourir la moitide la piste. Il dpend galement de la vitesse de rotation des plateaux. Ensuite le taux de transfertdes donnes est caractris par dbit.

Il existe deux configurations possibles des pistes. Elles peuvent contenir toutes le mmenombre de secteurs (fig. 14). Dans ce cas, comme la vitesse de rotation est constante, la densitd'information varie en fonction du rayon de la piste, mais le dbit est constant. Une autreorganisation consiste garder la densit d'information peu prs constante. Dans ce cas le



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nombre de secteurs par piste varie en fonction du rayon. Le disque est divis en zones, le nombrede secteurs par piste tant identique lintrieur dune zone. La capacit du disque est alorsaccrue et le dbit dpend galement du rayon. Il est plus important sur le bord des plateau. Lesystme doit donc chercher installer les fichiers d'utilisation frquente cet endroit.

IX.4.c Disquettes

Dans leur principe les disquettes fonctionnent comme les disques durs. Amovibles lesdisquettes sont principalement utilises dans les petits systmes. Les premires disquettes avaientun diamtre de 8 pouces, puis sont apparues les disquettes 5"1/4 et enfin 3"1/2. Les disquettessont enfermes dans une enveloppe souple ou rigide dont les faces internes sont couvertes d'unrevtement limitant le frottement.

Outre qu'une disquette est souple, la diffrence principale avec un disque dur rside dansla tte de lecture/criture. Tout d'abord cette tte est en contact avec la surface magntique, ce qui

limite la vitesse de rotation : 300 tours/minute pour les disquettes 3" 1/2. De plus le positionnement de la tte est obtenu par une vis actionne par un moteur pas pas, sansasservissement. Ce systme ncessite une marge de scurit entre les pistes, ce qui limite ladensit : 135 tpi (tracks per inch) pour les classiques disquettes de 1.44 Mo.

Cette capacit est de moins en moins adapte la taille des fichiers. Citons deuxtechniques employes pour augmenter la capacit et le dbit dans d'autres types des supportsmagntiques amovibles. La premire consiste faire flotter le disque souple entre les deux ttesde lecture/criture (effet Bernoulli). Cela permet une plus grande vitesse de rotation, donc undbit plus lev. Une autre consiste utiliser un faisceau laser pour asservir le dplacement de latte. Le disque dispose des pistes optiques de rfrence. Ce systme permet un positionnementtrs prcis de la tte, donc une plus grande densit de pistes.

IX.4.d Bandes et cartouches magntiques

Dans les bandes ou cartouches magntiques le support de la couche magntisable estconstitu par un ruban souple comparable ce qui est utilis pour les enregistrements audio ouvido. Une bande est logiquement divise en pistes parallles, par exemple neuf pistes (fig. 15).Les octets sont enregistrs transversalement : 8 bits sur huit pistes. La neuvime piste est utilise

pour le bit de parit. Les donnes sont enregistres par blocs. A la fin d'un bloc on peut placer 9 bits supplmentaires, chacun reprsentant la parit de sa piste dans le bloc. Si une erreur se produit pour un seul bit, celle-ci induit deux erreurs de parit : dans la piste et l'octet. Cettemthode permet de reprer et d'identifier le bit en erreur. Une correction est alors possible.

D'accs squentiel, ce sont des supports de donnes relativement lents. Par contre ils sonttrs conomiques. Sous forme de cassettes ou cartouches elles sont d'un usage plus ais. Il est en

particulier possible dans les grands systmes d'utiliser des robots pour installer les cartouchesdans les lecteurs.



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9 pistes

1 octet + 1 bit de parit9 bits de parit

1 bloc d'enregitrement

Figure 15

Cependant les enregistrements magntiques s'altrent avec le temps. Il faut les rcriretous les trois ou cinq ans. La dure de vie des bandes est galement limite. Il faut les remplacer tous les dix ou quinze ans. Dans un grand centre de calcul cela reprsente beaucoup de travail etd'argent.

IX.5 Disques optiques numriques

Les disques compacts sont des objets standardiss tant au niveau de leurs caractristiques physiques que de leur format logique. Cette standardisation qui assure une compatibilit dans untrs vaste domaine est certainement une des raisons du succs de ce support. La normalisationinitiale, correspondant au disque compact audio (CD-A), est dcrite dans le "Livre Rouge" rdigen 1982 par Sony et Philips. Nous commenons donc notre tude par ce type de CD.

IX.5.a Format physique

Un disque compact a un diamtre externe de 120 mm pour une paisseur de 1.2 mm. Il est perc d'un trou central de 15 mm. Il est constitu de trois couches. Sur un support en ploycarbonate (plastique transparent rsistant ayant un indice de rfraction de 1.55) est dposeune fine couche rflchissante d'aluminium. Cette couche est protge des rayures et del'oxydation par une laque protectrice, sur laquelle peut tre imprime une tiquette.

Les informations sont imprimes dans la couche mtallique sous forme de cuvettes (pits),d'une profondeur de 0.12 m, graves le long d'une spirale, situe dans une zone de diamtrecompris entre 46 et 117 mm. Cette zone est divise en trois rgions concentriques : un en-tte(lead-in) de 2 mm de large, suivi des donnes sur une largeur de 33 mm au maximum puis d'une

plage de fin (lead-out). Les informations sont arranges du centre vers l'extrieur. Le pas entrespires est de 1.6 m, ce qui correspond une densit de 16000 tpi. La longueur totale de laspirale (22188 spires) est d'environ 5.6 km, pour une longueur utile (donnes) de 5.38 km. La



22/32

largeur des creux est de 0.6 m. La surface vierge qui sparent deux cuvettes conscutives estappele mplat (land). La spirale apparat donc comme une alternance de crneaux. La longueur de chaque crneau (cuvette ou mplat) est comprise entre 0.833 m et 3.054 m.

15

46

50

116

Donnes

plage de fin

en-tte

117

120

Figure 16



23/32

IX.5.b Dispositif de lecture

La lecture des donnes se fait au moyen d'un laser semi-conducteur en arsniure degallium (AsGa) d'une longueur d'onde de 780 nm (infrarouge). La lumire mise par ce laser traverse le substrat en polycarbonate puis se rflchit sur la couche d'aluminium. Le rayon

rflchi est ensuite guid par un miroir semi-transparent vers une photodiode. Le faisceau laser est focalis en une tache d'environ 1.1 m de diamtre. Sur une surface vierge (mplat) la lumireest totalement rflchie et la photodiode reoit alors au moins 70 % de la lumire mise. Par contre lorsque l'image du laser chevauche une cuvette, la lumire rflchie au fond de la cuvette

parcourt une distance lgrement plus longue que la lumire rflchie sur la surface extrieure.La profondeur des cuvettes est telle que la diffrence de chemin est gale une demie longueur d'onde. Comme la lumire mise par un laser est cohrente, il y alors interfrence destructive. En

pratique il n'y a pas extinction totale, mais la spcification impose une quantit de lumirerflchie dans ces zones infrieure 28 % de la lumire mise.

diode laser

photodiodemiroir semi-transparent

polycarbonate

aluminiumlaque

cuvette mplat

Figure 17

Le principe de la lecture est donc assez simple, mais il faut ajouter des systmesd'asservissement pour conserver l'alignement de la tte de lecture le long de la spirale et lafocalisation au niveau de la couche rflchissante ( 2 m). La tte n'tant pas en contact avec ledisque il n'y a peu d'usure.

Contrairement un disque dur, la vitesse de rotation d'un disque compact est variable defaon ce que la vitesse linaire de dfilement de la spirale devant la tte de lecture soitconstante (CLV : Constant Linear Velocity). La vitesse de lecture pour un CD audio est de1.2 m s -1. La vitesse angulaire varie donc de 200 460 tours par minute selon la position de latte le long de la spirale. La dure d'enregistrement maximum est d'environ 74 minutes. Le tempsd'accs est plus long que pour un disque dur, car il faut positionner la tte de lecture d'inertie



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mcanique plus grande et il faut acclrer ou ralentir la rotation du disque pour ajuster la vitesselinaire de dfilement.

0,6

1,6

cuvettemplat

image laser

1,1

Figure 18

IX.5.c Codage de l'information

Contrairement ce qu'on pourrait penser les cuvettes et les mplats ne sont pasdirectement associs aux deux valeurs logiques "0" et "1". En fait la valeur logique "1" est dfinie

par une transition de l'intensit lumineuse dtecte. Cela correspond donc au passage d'un mplat une cuvette et vice-versa. La longueur des cuvettes et des zones vierges permet ensuite decompter le nombre de zros. Cependant une dtection efficace de deux transitions conscutivesncessite un crneau d'une longueur minimale. Il est donc impossible de coder deux "1"conscutifs. En pratique il faut au moins deux "0" entre deux "1". L'horloge est synchronise chaque transition. Il faut viter d'avoir des sries de "0" trop longues. Il y aurait alors un risque de

perdre la base de temps, et donc de faire une erreur dans le comptage des "0". La limitationadopte est d'au plus dix "0" entre deux "1". On associe donc chaque crneau (pit ou land) unesquence binaire dbutant par un "1" et comptant entre 3 et 11 bits. La longueur d'un crneau estd'environ 0.278 m par bit.

Pour tenir compte de ces contraintes on est amen utiliser 14 bits pour coder un octet.On dnombre en effet 267 combinaisons de 14 bits pour lesquelles on trouve au moins deux et au

plus dix "0" entre deux "1". Ce codage est appel E.F.M. pour Eight to Fourteen Modulation. Latable de correspondance a t choisie de manire minimiser le nombre de portes logiquesncessaires la ralisation du transcodeur qui doit tre intgr dans tout lecteur de disquecompact. Lors de la concatnation de deux codes de 14 bits, il est encore possible de trouver deux"1" conscutifs ou une srie de plus de dix "0". Pour viter cette difficult, on intercale 3 bits defusion tous les 14 bits. Il faut donc au total 17 bits pour reprsenter un octet. Pour amliorer lerapport signal/bruit on cherche faire en sorte que les longueurs cumules des creux et des

bosses soient en permanence presque gales. C'est un des rles des bits de fusion.



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Le systme de codage E.F.M. est destin rendre le systme de lecture le plus tolrant possible divers dfauts techniques : trou excentr, disque voil, laser mal focalis, profondeur des creux, paisseur du disque, etc. Il subsiste cependant d'autres sources d'erreurs. Ce peut trede microscopiques bulles d'air ou poussires piges dans le polycarbonate pendant la fabricationdu disque, ou des rayures, salissures et autres empreintes de doigts sur le disque. La spcification

exige qu'il y ait moins de 250 erreurs de lecture par seconde. Ce taux d'erreur est trop important pour assurer une bonne qualit de son. Pour liminer ces erreurs on fait appel un code dedtection et de correction d'erreurs : le code Reed Solomon entrelac crois (CIRC : CrossInterleaved Reed Solomon Code). Cette technique permet d'atteindre un taux d'erreurs de 10 -8 sur les donnes utiles.

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00000 1 1 1 1

Figure 19

Sur un CD audio les donnes sont groupes en trames. Une trame comprend 24 octetsutiles auxquels il faut ajouter 8 octets pour le code de dtection et de correction des erreurs. Onajoute galement un octet de contrle. Chacun de ces 33 octets est cod avec 14 bits. Une tramedbute par deux squences de synchronisation identiques de 11 bits ("1" suivi de dix "0"), suivies

par 5 bits de fusion. Cette configuration ne peut se trouver dans les donnes car elle correspond une des onze combinaisons de 14 bits non utilises par le codage E.F.M.. Une trame comprenddonc 588 bits.

1 trame Synchronisation1 octet de contrle24 octets de donnes8 octets de dtection et correction d'erreurs

27 bits1 x 17 bits

24 x 17 bits8 x 17 bits

Total 588 bits

Table 3

L'unit d'enregistrement sur un CD est le secteur qui regroupe 98 trames, soient 57624 bits. Uneseconde d'enregistrement correspond 75 secteurs.

1 secteur 98 trames 57624 bits2352 octets utiles

1 seconde 75 secteurs 4.3218 10 6 bits176400 octets utiles

Table 4

Le son sur un CD est chantillonn sur 16 bits et sur deux canaux (stro). Une seconded'enregistrement correspond donc 44100 chantillons. La frquence d'chantillonnage est donc



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de 44.1 kHz. Le dbit global de lecture est de 4.32 Gb.s -1, pour un dbit utile de 172 ko.s -1. Ladure maximale d'enregistrement de 74 minutes correspond 747 Mo utiles. L'adressage d'unsecteur sur un CD se fait sous la forme : minute:seconde:secteur. Un CD audio peut tre divis en

pistes (jusqu' 99). L'adressage peut tre absolu (depuis le dbut de la spirale) ou relatif (depuis ledbut de la piste).

IX.5.d Disque compact en informatique

Le disque compact est sorti peu de temps aprs l'IBM PC-XT qui tait alors quip d'undisque dur de 10 Mo. Il est vite apparu que les disques compacts pouvaient servir de support des donnes informatiques. Cela ncessitait cependant une rduction importante du taux d'erreurset un reprage plus prcis des secteurs. C'est pourquoi le format des secteurs a t revu et prcisdans le Livre Jaune rdig par Philips et Sony en 1984.

Dans un CD-ROM on distingue deux formats pour les secteurs. La structure des secteursdcrite pour les disques audio, savoir 98 trames de 588 bits, est conserve. Par contrel'utilisation des 2352 octets disponibles est modifie. Le premier format, nomm CD-ROM Mode1, est prvu pour les donnes informatiques. Celles-ci reprsentent 2048 octets, quantit adapte l'adressage binaire. Ce mode contient un niveau supplmentaire de dtection et de correctiond'erreurs en couche qui ncessite 4 octets pour la dtection (EDC : Error Detection Code) et 276octets pour la correction (ECC : Error Correction Code). Cette technique permet d'obtenir un tauxd'erreur de 10 -12 . Huit octets sont laisss libres entre les octets de dtection et les octets decorrection. Pour faciliter le reprage et l'adressage des secteurs ceux-ci dbutent par 12 octets desynchronisation suivis de 4 octets d'en-tte (trois octets pour l'adressage minute:seconde:secteur et un octet pour le mode).

2048 octets de donnes

2 7 6 o c t e t s

E C C

1 2 o c t e t s

S Y N C

4 o c t e t s

H e a

d e r

4 o c t e t s

E D C

8 o c t e t s

l i b r e s

CD-ROM / Mode 1

1 2 o c t e t s

S Y

N C

4 o c t e t s

H e a d e r


CD-ROM / Mode 2

2352 octets

Figure 20



27/32

Ce format correspond un dbit pour les donnes utiles de 150 ko.s -1. et une capacit utile de650 Mo. Il existe un second format (CD-ROM Mode 2) qui n'utilise pas de dtection d'erreurs. Il

permet d'utiliser 2336 octets par secteur, pour un dbit de 172 ko.s -1. Ce format convient auxdonnes compresses audio ou vido.

Si des donnes sonores de haute qualit sont ncessaires les formats CD-A et CD-ROM peuvent tre combines. Sur un CD en mode mixte, la premire piste contient les donnesinformatiques. Elle est suivie par une ou plusieurs pistes audio.

Les livres rouge et jaune n'autorisent pas le mlange de secteurs de types diffrents sur une mme piste. Cela s'avre une limitation majeure pour des applications multimdia quimanipulent simultanment du texte, du son et de la vido. La tte de lecture est alors oblige dese dplacer en permanence pour alimenter les divers flux. Le format CD-ROM XA a t introduiten 1989 par Philips, Sony et Microsoft pour palier cette limitation. Il permet l'entrelacement desecteurs de types diffrents sur une mme piste. A ct de cet apport, le format des secteurs estlgrement modifi. Il utilise les huit octets laisss libres par le format CD-ROM. Les deuxformats CD-ROM XA sont dnomms Forme 1 et Forme 2. Ils sont rsums dans la figuresuivante.


2 7 6 o c t e t s

E C C

1 2 o c t e t s

S Y N C

4 o c t e t s

H e a

d e r

4 o c t e t s

E D C

8 o c t e t s

S u

b h e a

d .

CD-ROM XA / Forme 1

1 2 o c t e t s

S Y N C

4 o c t e t s

H e a

d e r


2352 octets

8 o c t e t s

S u

b h e a

d .

4 o c t e t s

E D C

CD-ROM XA / Forme 2

Figure 21

Si la vitesse de lecture des disques audio est fixe par la frquence d'chantillonnage, il

n'y a aucune contrainte pour les donnes informatiques. Cela permet d'acclrer le dbit detransfert, qui est gnralement exprim comme un multiple de 150 ko.s -1 (nX). Il est galement

possible de fonctionner vitesse de rotation constante (CAV : Constant Angular Velocity).



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IX.5.e Fabrication d'un CD

La fabrication d'un CD-ROM commence par la mise en forme des donnes : dcoupage ensecteurs, addition des octets de synchronisation, contrle, dtection et correction d'erreurs,

codage E.F.M., etc. Ensuite on prpare une premire matrice en verre. Une trs fine couche dersine photosensible est dpose sur plaque de verre parfaitement polie. Cette couche estimpressionne par un laser qui cre une image des cuvettes. Aprs dveloppement, la rsine non

polymrise est retire. Le ngatif des cuvettes apparat alors sur la plaque de verre sous forme de bosses. Une trs fine couche d'argent est alors vaporise sur la face photosensible. Du nickel estdpos par galvanisation au-dessus de cette couche argente. Aprs sparation de la plaque deverre on obtient une premire copie du disque appel pre. Ce pre peut alors tre employ pour estamper en srie les disques en polycarbonate. Cependant pour viter toute dtrioration del'original on effectue une empreinte dite mre, qui sert la fabrication de plusieurs fils. Pre oufils servent au moulage du polycarbonate par injection ou pression. Les disques de polycarbonatesont ensuite recouverts d'une fine couche d'aluminium, puis d'une laque.

Ce procd permet une production rapide et faible cot unitaire pour des grandes sries.La fabrication du pre et des fils est en effet longue, dlicate et coteuse. Ce n'est donc rentableque si ces frais sont rpartis sur un grand nombre de disques produits. Cette solution n'est pasadapte aux petites srie ou au dveloppement de prototypes. On fait alors appel aux disquescompacts enregistrables.

IX.5.f Disque compact enregistrable

Il existe deux types de disques optiques enregistrables. Commenons par le disqueoptique enregistrable une seule fois : CD-R (Recordable). Le contenu de ce type de disque peuttre enregistr une fois, il fonctionne ensuite comme CD-ROM classique en lecture uniquement.On parle en anglais de disque WORM : Write Once/Read Many.

Un disque compact enregistrable se compose de quatre couches. Entre le substrat en polycarbonate et la couche rflchissante, qui est ici en argent ou en or, se trouve un colorantorganique photosensible (cyanine, phtalocynanine, AZO, Formazan). La couche rflchissante esttoujours protge par une laque.

L'criture des donnes est ralise par un laser puissant, qui permet de chauffer localement le colorant. Au-dessus d'une temprature critique, il se produit une raction chimiquequi rend le colorant opaque. Le codage des donnes est identique celui d'un CD-ROM. A lalecture les zones "brles" absorbent la lumire, alors qu'ailleurs la lumire peut traverser lecolorant pour tre rflchie. Le signal lumineux renvoy vers la photodiode est donc comparable celui d'un disque compact. Un CD-R peut tre utilis dans un lecteur de CD classique. La

puissance du laser l'criture dpend de nombreux paramtres : type de colorant, temprature,hygromtrie, vitesse de dfilement, etc. Au centre du disque, entre le trou et la plage de dbut, est



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dfinie une zone (PCA : Power Calibration Area) qui permet le calibrage du faisceau laser. Cettezone contient un compteur du nombre de calibrages raliss. Ce compteur est limit 99.

Sans repre il serait trs difficile, dans la phase d'criture, de suivre une spirale au pas de1.6 m. C'est pourquoi un marquage de la spirale est ralis la fabrication du disque au moyen

de cuvettes graves dans la couche rflchissante. Ces cuvettes sont rparties de manire permettre galement un asservissement prcis de la vitesse de rotation du disque et de la puissance du laser, la frquence de dfilement devant tre de 22.05 kHz.

La stabilit des colorants, qui doivent par exemple rsister aux ultraviolets de la lumiresolaire, garantit une dure de vie d'au moins 30 ans des disques enregistrables. Par rapport aux

bandes magntiques, ils autorisent un accs alatoire aux donnes. Ces deux arguments font desdisques compacts enregistrables un bon support pour l'archivage.

Le marquage du colorant est irrversible, il n'est donc pas possible de modifier le contenudu disque. Ne pouvoir crire les donnes qu'une fois sur un disque peut tre une limitation pour

certaines applications. C'est ce qui a conduit au disque rinscriptible : CD-RW (ReWritable).

IX.5.g Disque compact rinscriptible

La structure d'un disque compact rinscriptible comporte six couches. Le colorant estremplac par un alliage d'argent, indium, antimoine et tellure (Ag-In-Sb-Te), pris en sandwichentre deux couches de dilectrique. Dans un disque vierge, l'alliage est dans une forme cristalline.Il rflchit alors en partie la lumire. L'enregistrement se fait au moyen d'un laser puissant quichauffe localement l'alliage pour le porter au-del de sa temprature de fusion (entre 500 et

700C). Si le refroidissement est rapide les atomes n'ont pas le temps de s'organiser et l'alliagerevient l'tat solide dans un tat amorphe. Il absorbe et diffuse alors la lumire. La lecture d'unCD-RW se fait ensuite avec un laser de faible puissance comme pour un CD classique.Cependant la faible quantit de lumire rflchie (15-25 % pour les lands) ncessite une

photodiode plus sensible.

Si on chauffe suffisamment longtemps une zone amorphe une temprature un peuinfrieure la temprature de fusion, les atomes ont la possibilit de se rarranger ce qui permetde retrouver une structure cristalline aprs refroidissement. Il est donc possible d'effacer unenregistrement. Cette technique d'enregistrement est dit changement de phase.

Ces disques, comme les disques enregistrables une fois, sont fabriqus avec une spirale deguidage pour la phase d'criture. La couche d'enregistrement fabrique par pression estinitialement amorphe. Le disque subit ensuite un traitement thermique pour la faire passer en

phase cristalline. Ainsi chaque disque CD-RW est-il vendu vierge.



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IX.5.h Disque optique numrique haute densit

Alors que le disque compact a t initi comme support audio, le disque haute densitavait pour objectif initial la vido. Les tudes lances par les industriels avaient conduit deuxformats concurrents : le MMCD (Multi Media Compact Disc) et le SDD (Super Density Disc).

Lorsqu'elle s'est intresse ce type de support, l'industrie informatique a impos le choix d'unseul format. C'est ainsi qu'en 1995 le Digital Versatile Disc (DVD) a remplac le Digital VideoDisc.

Les dimensions d'un DVD sont identiques celles d'un CD : 120 mm de diamtre externe,1.2 mm d'paisseur et perc d'un trou de 15 mm de diamtre. La capacit a t accrue enaugmentant la densit et le nombre de couches. Le principe de lecture optique reste le mme avecdes amliorations. L'utilisation d'un laser avec une plus petite longueur d'onde (635 ou 650 nm,rouge) permet de rduire la taille des motifs dtecter. En outre, les amliorations de l'optiqueautorisent une plus grande ouverture numrique (0.6 contre 0.45 pour le CD) ce qui permet derduire la taille l'image du faisceau laser dans le plan de focalisation. Les crneaux peuvent donc

tre rduits en largeur et longueur et les spires peuvent tre plus serres. L'exprience acquiseavec les disques compacts, en particulier au niveau de la focalisation et de l'asservissement dusuivi de piste, a galement permis de rduire les marges de scurit dfinies au dbut de leur dveloppement. La lecture d'un DVD se fait avec une vitesse linaire constante 3.49 m.s -1. Cesamliorations techniques permettent une densit d'information brute environ quatre fois et demie

plus grande, avec un pas des spires de 0.74 m et une longueur minimale de crneau de 0.4 m :

5.4400.0833.0

74.06.1

G 1 ==

D'autre part, le DVD utilise la capacit d'un faisceau lumineux de traverser plusieurs

surfaces semi-transparentes et d'tre peu influenc par des perturbations hors du point defocalisation. Ces proprits, associes l'utilisation de photodiodes plus sensibles, permettentl'utilisation de deux couches de rflexion superposes. La premire couche est semi-rflchissante, la seconde l'est totalement. Le faisceau laser est lui focalis sur l'une ou l'autrecouche. Cela ncessite une paisseur maximum du substrat travers par le faisceau infrieure 0.6 mm. L'paisseur de 1.2 mm est obtenue en collant dos dos deux disques de 0.6 mm. Lesdeux faces d'un DVD peuvent porter de l'information, ventuellement en deux couches. Les DVDexistent en quatre versions : mono-face / mono-couche, mono-face / bi-couche, bi-face / nono-couche ou bi-face / bi-couche.

La densit de la seconde couche, plus profonde, est lgrement infrieure. Le pas des spires est de

0.80 m et la longueur minimale des crneaux est de 0.44 m. La lecture d'un DVD se fait avecune vitesse linaire constante 3.84 m.s -1, de manire conserver le mme dbit de lecture. Dansun DVD vido la lecture de la premire couche seffectue de lintrieur vers lextrieur dudisque, et en sens inverse pour la seconde couche. Cela vite une interruption du flux de donnesqui serait visible au cours de la lecture dun film. Ce nest pas ncessairement le cas pour lesDVD-ROM.



31/32

ID (4) IDE (2) CPR (6)

EDC (4)

donnes (160)

donnes (172)

donnes (172)

donnes (168)

172 octets

1 2 r a n g

e s

Figure 22

Un autre gain a t obtenu au niveau du codage de l'information. Le codage d'un octet sur un CD ncessite 17 bits (14 bits E.F.M. + 3 bits de fusion). Sur un DVD on n'utilise que 16 bits

par octet. Par ailleurs les codes de dtection et de correction d'erreurs se sont dvelopps depuisla conception du CD-A. De mme la puissance des contrleurs embarqus chargs de la mise enuvre de ces codes s'est nettement accrue. Il a donc t possible d'augmenter la fiabilit desdonnes d'un ordre de grandeur en rduisant le nombre d'octets ncessaires la synchronisation,au reprage, ainsi qu' la dtection et la correction des erreurs.

Dans une trame de DVD, illustre par la figure 22, les 2048 octets utiles sontaccompagns de 10 octets de gestion et 6 octets de dtection derreurs. Un secteur DVD regroupe16 trames avec 2080 et 2752 octets de dtection et correction derreurs. Un secteur, quicorrespond donc 32 ko utiles, ncessite donc 605696 bits sur le DVD. Nous avons vu que sur un CD un secteur correspond 2048 octets utiles et occupe 57624 bits sur le disque. Cettenouvelle organisation logique permet donc un gain de :

5.132605696257624

G 2 ==

Ces gains permet datteindre les capacits suivantes pour les diverses dclinaisons du DVD :

DVD-ROM CapacitMono-face et mono-couche 4.7 Go

Mono-face et bi-couche 8.5 GoBi-face et mono-couche 9.4 Go

Bi-face et bi-couche 17 Go

Table 5



32/32

Certains des dveloppements en cours pour augmenter ces capacits portent sur une nouvellerduction de la longueur donde du laser, avec par exemple un laser bleu (405 nm). On parle dedisques HD-ROM 600 Go.

Architecture et Technologie des Ordinateurs - 9 - Les entrées/sorties

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