POIRET Aurélien MPSIIntroduction F

Chapitre NoA : Architecture des

ordinateurs et système d’exploitation

Table des matières

1 - Architecture des ordinateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1 - Les périphériques d’entrées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 - Les périphériques de sorties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3 - Les périphériques d’entrées/sorties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.4 - A l’intérieur de l’unité centrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.5 - Mémoire vive, mémoire morte, mémoire de masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 - Système d’exploitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.1 - Session utilisateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2 - Fichiers informatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3 - Hiérarchie des fichiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.4 - Utilisation du Terminal ou du PowerShell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.5 - Droit d’accès . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

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Dans ce premier chapitre, nous allons très succinctement décrire les principaux constituants ma-tériels d’un ordinateur (le hardware) ainsi que les principes généraux qui régissent son système d’ex-ploitation (le software).

1 Architecture des ordinateurs

Un ordinateur est une machine électronique commandée par des programmes enregistrés dans samémoire. Il est capable de traiter non seulement des textes, mais aussi des images, des sons, des vidéosetc.

Un ordinateur fonctionne selon le schéma suivant :

Périphériques de sortie

Unité de commande

Unité de traitement

Processeur

Périphériques d’entrée

Mémoire

Programmes

Données

Les périphériques sont tous les organes externes connectés à l’unité centrale permettant le dialogueutilisateur-machine.Un ordinateur comporte des périphérique d’entrées, des périphériques de sorties et des périphériquesd’entrées-sorties.L’unité de traitement est chargée d’effectuer les traitements des opérations de types arithmétiques oubooléennes.L’unité de commande est chargée de commander et de gérer tous les différents constituants de l’ordi-nateur.

1.1 Les périphériques d’entrées

Les périphériques d’entrées permettent à l’utilisateur d’entrer des données, des commandes et desprogrammes qui seront gérés par l’unité de traitement. Parmi les plus courants, on trouve :

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� Clavier. Un clavier d’ordinateur est une in-terface homme-machine munie de touches per-mettant à l’utilisateur d’entrer dans l’ordina-teur une séquence de données, notamment tex-tuelle.

� Souris. Une souris est un dispositif de poin-tage pour ordinateur. Elle est composée d’unpetit boîtier fait pour tenir sous la main, surlequel se trouvent un ou plusieurs boutons, etune molette dans la plupart des cas.

� Manette de jeu. Une manette de jeu estchargée de transmettre les actions d’un joueurà une console d’un ordinateur. Une manettecomporte divers interrupteurs et détecteursdont l’actionnement permet au joueur l’inter-action avec le jeu vidéo. Elle permet aussi àl’ordinateur d’interagir avec le joueur, princi-palement par des vibrations.

� Scanner. Un scanner est un périphériqueinformatique qui permet de numériser des do-cuments ou autres, comme les empreintes di-gitales par exemple.

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�Microphone. Un microphone est un trans-ducteur électroacoustique, c’est-à-dire un ap-pareil capable de convertir un signal acous-tique en signal électrique.

� Webcam. Une webcam est une caméraconçue pour être utilisée comme un périphé-rique d’ordinateur, et qui produit une vidéodont la finalité n’est pas d’atteindre une hautequalité, mais de pouvoir être transmise en di-rect au travers d’un réseau, typiquement in-ternet.

1.2 Les périphériques de sorties

Les périphériques de sorties permettent à l’utilisateur de recevoir des résultats des calculs ou desmanipulations de données effectués par l’ordinateur. Parmi les plus courants, on trouve :

� Ecran. Un écran d’ordinateur est un péri-phérique de sortie vidéo d’ordinateur. Il afficheles images générées par la carte graphique del’ordinateur. Grâce au taux de rafraîchisse-ment d’écran élevé, il permet de donner l’im-pression de mouvement. Il permet donc de tra-vailler agréablement, de visionner de la vidéo,des films, de jouer à des jeux vidés.

� Imprimante. Les imprimantes ont étéconçues dès l’apparition des premiers ordina-teurs, pour permettre la consultation et laconservation sur support papier des résultatsproduits par les programmes informatiques.

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� Haut-Parleur. Un haut-parleur est untransducteur électroacoustique destiné à pro-duire des sons à partir d’un signal électrique.Il est en cela l’inverse du microphone.

� Vidéo-projecteur. Un vidéo-projecteurest un appareil de projection conçu pour re-produire une source vidéo sur un écran séparéou sur une surface murale blanche.

1.3 Les périphériques d’entrées/sorties

On peut également rencontrer des périphériques d’entrée-sortie qui opèrent dans les deux sens.Parmi les plus courants, on trouve :

� Clé USB. Une clé USB est un support destockage amovible qui se branche sur le portUniversal Serial Bus d’un ordinateur. Une cléUSB contient une mémoire flash et possèdetrès peu d’éléments mécaniques, ce qui la rendtrès résistante aux chocs.

� Disque dur externe. Un disque dur ex-terne est un support de stockage amovible,qui possède bien plus de capacité de stockagequ’une clé usb.

� Modem. Le modem est un périphériqueservant à communiquer avec des utilisateursdistants par l’intermédiaire d’un réseau analo-gique (comme une ligne téléphonique). Il per-met par exemple de se connecter à Internet.

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� Clé Wifi. Le Wifi est une technologie per-mettant de créer des réseaux informatiquessans fil. Une clé Wifi permet d’utiliser lesondes Wifi.

� Clé Bluetooh. Bluetooth est un standardde communication permettant l’échange bidi-rectionnel de données à très courte distance enutilisant des ondes radio UHF sur une bandede fréquence de 2,4 GHz. Une clé Bluetoothpermet d’utiliser les ondes Bluetooth.

1.4 A l’intérieur de l’unité centrale

L’unité centrale de votre ordinateur contient les composants qui suivent.

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� 1- Alimentation. Partie de l’ordinateurchargée de transformer le courant alternatifà 220 V du secteur en courant continu afinde le fournir aux autres composants de l’ordi-nateur (carte mère, carte graphique, disquesdurs, lecteur CD/DVD etc.).

� 2- Lecteur/graveur CD/DVD. Un lec-teur de DVD vous permet de lire les donnéesqui se trouvent sur les CD et DVD (jeux, lo-giciels, photos). Dans sa fonction graveur, enplus de lire les données, il permet de stockerdes fichiers sur des CD et des DVD (musique,films, photos, sauvegardes), afin de libérer del’espace sur votre disque dur.

� 3- Disque dur. Contrairement à la mé-moire vive, les données stockées sur un disquedur sont permanentes et ne sont pas effacées àl’arrêt de votre ordinateur. Il s’agit de la mé-moire de masse. C’est donc sur un disque durque votre système d’exploitation (Windows),vos logiciels et vos documents sont conservés.C’est donc un espace de stockage permanent,où vous pouvez copier et supprimer des don-nées à volonté.

� 4- Carte Mère. Rarement mise en avant,la carte mère joue un rôle fondamental dansla structure des ordinateurs. C’est elle qui ac-cueille l’ensemble des composants internes devotre ordinateur (processeur, mémoire etc.) etgère les différentes interfaces avec vos péri-phériques : prise pour les éléments internes etports USB pour les périphériques externes.

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� 5- Processeur. Souvent qualifié de cerveaude l’ordinateur, le processeur permet de ma-nipuler et de traiter les données qui lui sontfournies. Sa puissance a une influence sur lavitesse d’exécution de vos logiciels et des opé-rations que vous effectuez.

� 6- La Mémoire vive. Partenaire de tra-vail du processeur, la mémoire vive (appeléeaussi RAM) stocke temporairement les don-nées à traiter par le processeur. Ainsi, plus il ya de mémoire de disponible, plus il est possibled’y conserver des données temporairement (cequi évite d’accéder au disque dur qui est pluslent). La mémoire vive est vidée à chaque arrêtou redémarrage de votre ordinateur.

� 7- Carte graphique. La carte graphiquepermet de traiter et d’afficher sur un écran lesdonnées provenant de votre ordinateur. Lescartes graphiques récentes disposent de pro-cesseurs spécialisés dans la manipulation dedonnées en 3D. La carte graphique peut êtreune puce intégrée à la carte mère (générale-ment, ce genre de puce permet des traitementssimples), ou bien une carte distincte (permetdes traitements plus évolués).

� 8- Carte sonore. La carte son permet degérer les entrées (microphone, ligne) et les sor-ties (vers les hauts parleurs) de votre ordina-teur. Elle comporte un processeur chargé detous les traitements numériques du son. Lacarte son peut être une puce intégrée à la cartemère, ou bien une carte distincte.

1.5 Mémoire vive, mémoire morte, mémoire de masse

Bien que ces familles de mémoire soient toutes trois utilisées pour stocker des informations, ellesservent à des usages distincts et ont des propriétés physiques différentes.

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La mémoire vive, ou RAM (Random Access Memory) est généralement amovible et enfermée à l’in-térieur de l’ordinateur. Sa force réside dans sa grande rapidité à stocker des données et à les fournir.Le processeur l’emploie donc pour stocker les informations dont il a très souvent besoin. En revanche,son contenu s’efface dès qu’on coupe le courant.

La ROM peut seulement être lue. Aussi, appelée la mémoire morte, elle est moins connue. Elle estprésente dans chaque PC sous la forme d’une petite puce soudée près du processeur. Elle contientle Bios, (mini-système d’exploitation indispensable au fonctionnement de l’ordinateur). Lorsque cedernier s’allume, la mémoire morte est lue en premier. Sa capacité est minuscule : quelques centainesde kilo-octets. Quant aux informations qu’elle contient, elles sont ineffaçables, à moins de recourir àune manipulation longue et dangereuse. D’où son acronyme : ROM (Read Only Memory, mémoire quipeut être seulement lue).

Le terme de Mémoire de masse désigne plus particulièrement la mémoire offerte par l’ensemble despériphériques. Elle permet de stocker une grande quantité d’informations. Les disques durs font partiede cette catégorie, comme les disques optiques et les cartes mémoire

2 Système d’exploitation

Le système d’exploitation est le premier programme exécuté lors de la mise en marche de l’or-dinateur : il permet d’accéder aux ressources matérielles de celui-ci, en particulier les organes d’en-trées/sorties et la mémoire de masse (le disque dur). Le rôle principal du système d’exploitation estd’isoler les programmes des détails du matériel : un programme désirant afficher une image ne va pasenvoyer directement des instructions à la carte graphique de l’ordinateur, mais plutôt demander ausystème d’exploitation de le faire. C’est ce dernier qui doit connaitre les détails du matériel (dansce cas le type de carte graphique et les instructions qu’elle comprend). Cette répartition des rôlessimplifie grandement l’écriture des programmes d’application. De cette première tâche découle uneseconde : celle d’assurer l’interface entre le ou les utilisateurs et la machine, en fournissant à chacund’eux une machine virtuelle à travers laquelle chacun pourra interagir avec la machine. Actuellement,les systèmes d’exploitation les plus connus appartiennent à l’une des deux familles suivantes : la familleUnix (Mac OS X et Linux pour les ordinateurs, iOS et Android pour les tablettes et smartphones) etla famille Windows.

Dans la suite de cette partie, on présente certain aspect des systèmes d’exploitation en prenantl’exemple de la famille Windows (la raison est qu’il s’agit de celle utilisée en TP et par la plupartd’entre vous mais j’attire votre attention sur le fait que certaines fonctionnalités présentées ne sontdisponibles que sous Unix. Une autre raison qui rend la famille Unix plus souvent utilisée par lesinformaticiens est qu’elle est open source, ce qui signifie qu’elle est gratuite et surtout que le codesource est à disposition de tous).

2.1 Session utilisateur

Les systèmes d’exploitation actuels des ordinateurs sont multi-tâches et multi-utilisateurs : ils sontcapables de partager des ressources selon une hiérarchie de droits d’accès.

Chaque utilisateur se voit attribuer un compte comportant :– Un identifiant associé à un mot de passe.– Un répertoire d’accueil personnel destiné à héberger tous les sous-répertoires et fichiers qui lui ap-partiennent.

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L’utilisateur commande au système d’exploitation par l’intermédiaire d’une interface. Jadis purementtextuelle (l’utilisateur n’avait d’autre choix que d’entrer ses commandes par l’intermédiaire de sonclavier), le développement de l’informatique grand public a conduit à l’apparition d’interfaces gra-phiques se manipulant à l’aide d’un pointeur dirigé par une souris ou par un doigt (écran ou pavétactile). Leur avantage est de permettre une utilisation plus intuitive du logiciel d’exploitation, maisune interface par ligne de commande reste plus efficace pour un utilisateur aguerri. C’est pourquoi lessystèmes d’exploitation modernes continuent de proposer des interprètes de commandes textuelles :c’est le Terminal sous Unix et le PowerShell sous Windows.

2.2 Fichiers informatique

Un fichier informatique est une collection de données numériques réunies sous un même nom, en-registrées sur un support de stockage permanent, appelé mémoire de masse, tel qu’un disque dur, unCD-ROM, une mémoire flash ou une bande magnétique, et manipulées comme une unité.Le contenu est l’essence du fichier. Il existe des centaines, voire des milliers de types de fichiers, quise différencient par la nature du contenu, le format, le logiciel utilisé pour manipuler le contenu, etl’usage qu’en fait l’ordinateur. La nature du contenu peut être des textes, des images, de l’audio, dela vidéo ou autre chose.Voici quelques exemples très classiques de type de fichiers :

Nom Nature du contenu ExtensionsExécutables Fichiers qui peuvent être exécutés par l’ordinateur, .exe, .com, .sh, .bat, etc.

autrement dit des programmes.Compressés Fichiers codés selon un procédé qui les rend plus petits .arc, .zip, .rar,

que les fichiers originaux non codés. Un programme .z, .arj, .sit, .gz, .7z, etc.décompresseur est nécessaire pour effectuer le codage

inverse et retrouver ainsi le fichier original.Images Fichiers qui contiennent des images, photos, .gif, .jpg, .bmp,

pictogrammes etc. .png, .eps, .tif, etc.audio Fichiers qui contiennent des chansons, de la musique etc. .au, .wav, .mp3, .oga,

.ram, etc.Vidéo Fichiers qui contiennent des films, des vidéos etc. .avi, .mpg, .mov, etc.

Documents documents écrits, destinés à être imprimés et lus.Le fichier contient le texte ainsi que les

informations de typographie. .docx, .odt, .html, .doc, etc.Texte Les fichiers texte brut contiennent .txt, .html, .ini,

des textes écrits, sans indications de typographie. .csv, .log, .conf, .c,Il peut s’agir de textes destinés aux utilisateurs, .py, tex. etc.tels que des modes d’emploi ou des brouillons ;ou alors de textes destinés à l’ordinateur tels

que du code source ou bien des données pour unprogramme.

2.3 Hiérarchie des fichiers

Quel que soit le système d’exploitation, l’utilisateur interagit avec une machine virtuelle bien dif-férente de la machine réelle. Dans cette machine virtuelle, l’ensemble des fichiers (applications oudonnées) est structuré sous forme arborescente : les feuilles de cet arbre sont les fichiers, les nœudsétant appelés des répertoires (ou dossiers).

Voici un exemple d’arborescence de fichiers sous Windows.

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On notera que tous les fichiers et tous les répertoires sont nommés sans accents, sans caractères spé-ciaux et sans espace (on utilise _ nommé « tiret bas » ou « underscore » à la place d’un espace).

Utilisateurs

PythonTexmaker Aurelien Valentin Corentin

Math Courses Jeux_Videos Info Chevaux Arts Dragon_Ball_Z

Logique Marathon_Paris Super_Metroid Logique Nico Coloriage Beerus

La racine de cet arbre est désignée par Utilisateurs : c’est un répertoire qui contient lui-mêmed’autres répertoires.Au sein de cette hiérarchie, chaque utilisateur possède une branche de l’arbre constitué d’un répertoired’accueil qui contient les sous-répertoires et fichiers qui lui appartiennent. Dans l’exemple représentéici, nous avons trois utilisateurs : Aurelien, Valentin et Corentin.

Tout fichier est référencé par son chemin d’accès, c’est-à-dire la description du chemin qu’il fautparcourir dans l’arborescence à partir d’un certain répertoire pour atteindre le fichier en question. Lechemin est spécifié par les noms des répertoires séparés par le caractère « \ » et suivi du nom du fichier.

� Lorsque l’on commence la description du chemin par la racine, on dit que le chemin est ab-solu.Par exemple, l’un des deux documents possédé par Valentin est référencé par le chemin :

Utilisateurs\Valentin\Info\Logique.php.

Il n’a bien entendu rien à voir avec le fichier

Utilisateurs\Aurelien\Math\Logique.tex

possédé par Aurélien.� Il est aussi possible de décrire un fichier relativement à la position d’un autre répertoire, on parlealors de chemin relatif .� Enfin, on peut remontrer dans la hiérarchie au répertoire père d’un répertoire donné en le désignantpar « .. ».Par exemple, si le répertoire courant est le répertoire Math de Aurelien, on peut décrire le premierdes deux fichiers de Valentin par :

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..\..\Valentin\Info\Logique.php

2.4 Utilisation du Terminal ou du PowerShell

Il est possible d’explorer cette arborescente en utilisant le Terminal sous Unix ou le PowerShellsous Windows.Voici quelques instructions qui peuvent s’avérer très utiles.

— pwd affiche le répertoire courant par rapport à la racine ;— ls affiche le contenu du répertoire courant ;— cd change le répertoire courant ;— cd.. remonte d’un répertoire ;— mv sert à déplacer un dossier (ou fichier) à un endroit différent ou à le renommer ;

mv pcsi mpsi

Renomme le fichier ou répertoire pcsi en mpsi.

mv mpsi ..\Utilisateurs

déplace le fichier mpsi du répertoire courant vers le répertoire ..\Utilisateurs sans le renommer.

mv pcsi ..\Utilisateurs\mpsi

déplace le fichier pcsi du répertoire courant vers le répertoire ..\Utilisateurs et le renommeen pcsi (bien sûr mpsi n’existait pas dans le répertoire ..\Utilisateurs sinon le système vousdemandera la confirmation pour écraser l’ancien fichier).

— cp sert à faire une copie d’un fichier ou répertoire

cp mpsi pcsi.

fait une copie exacte du fichier mpsi et l’appelle pcsi, mais le fichier mpsi est toujours là.Quand vous employez mv le fichier source n’existe plus, alors que quand vous utiliserez cp lefichier se dédouble sans être supprimé.Attention cette commande est irréversible donc soyez vigilant quand vous l’utilisez.

— rm fichier.extension. supprime le fichier fichier ;— notepad.exe "fichier.extension" ouvre le fichier texte fichier. avec le Bloc-notes.— mkdir dossier crée un nouveau répertoire (vide), nommé dossier dans l’emplacement courant ;— rmdir supprime un répertoire vide.

Exemple 1 :Sur cet exemple, le répertoire courant est Utilisateurs\Valentin.Si Valentin veut récupérer le fichier vidéo beerus de Corentin alors il écriracp ..\Corentin\Dragon_Ball_Z\Beerus.avi Chevaux\Beerus.avi

Il n’écrira surtout pasmv ..\Corentin\Dragon_Ball_Z\Beerus.avi Chevaux\Beerus.aviqui supprimerait le fichier Beerus. de Corentin...

Avec cette méthode, malheureusement, le fichier ne semble pas être classé au bonendroit. Maniaque, Valentin écrira plutôtmkdir Dragon_Ball_Zcp ..\Corentin\Dragon_Ball_Z\Beerus.avi Dragon_Ball_Z\Beerus.aviafin de créer le répertoire Dragon_Ball_Z qui sera plus cohérent pour contenir le fichierBeerus.

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Ces différentes manipulations permettent de comprendre pourquoi il est important de ne pas mettred’espace dans les noms de répertoire et de fichier.

Remarque I

2.5 Droit d’accès

À chaque fichier est associé un certain nombre d’attributs. Parmi ceux-là, il y a les droits d’accèsqui sont attribués au propriétaire et aux autres utilisateurs. Ces droits d’accès peuvent être de troistypes : droit en lecture (r – read), droit en écriture (w – write), droit d’exécution (x – execute).Le droit en lecture permet de lire ce fichier mais pas de le modifier, il faut pour cela bénéficier dudroit d’écriture. Le droit d’exécution permet d’utiliser un programme.Pour chaque fichier il y a trois classes d’utilisateurs : user (le propriétaire du fichier), group (le groupeauquel appartient le fichier), other (tous les autres). Ainsi, les droits d’accès d’un fichier sont décritspar une succession de neuf symboles ; par exemple, un fichier dont le droit d’accès est rwxr-xr--est accessible en lecture/écriture/exécution (rwx) pour le propriétaire, en lecture/exécution pour songroupe (r-x) et en lecture seule pour les autres (r--).Chacun de ces triplets peut aussi être décrit par un nombre binaire compris entre 000 (aucun droit)et 111 (tous les droits). Converti en base 10, on obtient un nombre compris entre 0 et 7 pour décrireles huit cas de figure possible. Les droits d’accès du fichier précédent peuvent donc être décrits par lenombre 754 car 7 = (111)2 =rwx, 5 = (101)2 =r-x, 4 = (100)2 =r--.Dans le Terminal, sous Unix, la fonction chmod permet de changer les droits d’accès.

Exemple 2 :Si Valentin veut attribuer le droit d’accès r-xr-x--x au fichier Logique il écrira :chmod 551 Info\Logique.php

Les répertoires possèdent des droits analogues, le droit de lecture permet de visualiser le contenude ce répertoire et le droit d’écriture d’ajouter, de renommer et de supprimer des éléments de cerépertoire, à condition de pouvoir y accéder grâce au droit d’exécution. Ainsi, les droits courants pourun répertoire vont être rwx= 7, r-x= 5 et -wx= 3 car il ne sert pas à grand chose de pouvoir lire oumodifier un répertoire si on ne peut y accéder.

Exemple 3 :Valentin souhaite maintenant autoriser Aurélien à déposer des fichiers dans son répertoireInfo mais pas en voir le contenu. Il lui suffit d’écrire dans son terminal :chmod 733 InfoAurélien peut maintenant copier son fichier Super_Metroid dans le répertoire Info deValentin en écrivant dans son propre terminal :cp Aurelien\Jeux_Videos\Super_Metroid.smc ..\Valentin\InfoEn revanche, il ne pourra pas visualiser le contenu de ce répertoire en écrivant :ls ..\Valentin\Infocar ses droits ne sont pas suffisants.

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