Compétence

Analyse un système ACM, détermine les composants nécessaires à la connexion et prépare la documentation pour un projet ACM prêt à être mis en oeuvre.

Objectifs

Sous guidance, établit les cahiers des charges et détermine les composants pour un projet ACM simple.
Compare les composants ACM et sélectionne des composants appropriés en fonction des caractéristiques électrotechniques.
Classifie un système dans sa complexité fonctionnelle dans le système supérieur et le décrit.
Analyse et documente les limites des systèmes et des sous-systèmes. Identifie et documente les interfaces entre les systèmes.

Description détaillée du module 299

Cours eit…

Vue globale des sujets

Ce module est réparti en plusieurs sous-cours avec des enseignants différentes, voici une vue globale:

10 – Principes fondamentaux du génie électrique

électricité base, loi d’ohm, résitance. (on retrouve des sujets dans le cours d’électronique analogique)

20 – Règles de la technique

30 – Types de schéma

40 – Technologie numérique

électronique numérique

50 – Technologie et protocoles de communication

bus…
Connaît la structure de base de diverses technologies de communication normalisées (par ex. Ethernet, bus, LPN et de divers protocoles (par ex. BACnet, SIP).

60 – Coûts d’investissement et coût d’exploitation

70 – Plan et spécification des coûts de construction

80 – Réduire la complexité

90 – Travail de projet

Exposé sur un projet que vous avez réalisé (tout ou partie) dans votre entreprise.

Cours

50 – Technologie et protocoles de communication

Le bus dans la transmission de données

Dans le domaine informatique, un bus est un système de transmission de données commun.

On peut faire une analogie avec une ville. Lorsque l’on veut se rendre d’une maison à une autre, on ne crée pas une route privée par chemin. (Sinon une école risque d’avoir des milliers de routes qui pointe vers elle !!)

Pour rationaliser les ressources. Nous mutualisons les voies de communication. Il y a par exemple une grande (auto)route qui traverse une ville et les maisons sont toutes reliées à cette grandes artère de communication.

Ainsi les bus sont très présents dans les systèmes informatiques.

Il y a 3 grandes catégories:

Le bus interne qui permet la communication à l’intérieur d’un ordinateur.
Le bus de communication informatique qui relie des périphériques (ex: USB)
Le bus de terrain, l’équivalent du bus de communication externe, mais dans le domaine de l’industrie. (ex: bus CAN)

L’architecture de base d’un ordinateur est construite autour de 3 bus:

le bus de données qui transporte les données échangées entre le processeur, les mémoires et les entrées-sorties (I/O).
le bus d’adresse qui permet d’inscrire l’adresse (source ou destination) de l’information qui va transiter sur le bus de données.
le bus de contrôle qui précise le type d’opération, la requête, parfois l’horloge. Ceci permet par exemple de savoir si la valeur est lue ou écrite (le sens du transit des données)

Le bus de communication le plus connu est certainement l’Universal Serial Bus, l’USB. Il permet de relier de nombreux périphériques.

En interne, on peut citer quelques noms comme SATA, PCI, NVME…

En ce qui concerne le bus d’adressage, c’est sa taille qui va limiter le nombre d’adresses possibles.
Si je reprends l’analogie de ma ville. Chaque maison a une adresse postale. Si je veux envoyer une carte postale, je dois indiquer l’adresse de destination. Si il y a énormément de maisons dans ma ville je devrais avoir des numéros énormes.

Si ma carte postale est trop petite, je ne pourrais plus écrire les numéros de rue et donc je ne pourrais plus accéder à certaines adresses !

Pour un bus avec 32 lignes d’adresse on peut adresser 2³²= 4’294’967’296 octets (une cellule mémoire = 8 bits).

Ce qui nous permet d’adresser 4 gibioctets (Gio).
(nous utilisons ici le système international d’unité avec des préfixes binaires. Pour plus d’explication voir le module 146…)

Bus parallèle et bus séries

Une des caractéristique principale des bus est son mode de fonctionnement:

bus en parallèle
bus en série

A ça s’ajoute aussi la topologie du bus et sa fréquence d’horloge.

Le bus parallèle est le plus direct pour transmettre des données. Par exemple si l’on décide d’utiliser l’octet comme unité de base de la largeur d’un bus, on peut envoyer les 8 bits de l’octet simultanément d’un élément à un autre du bus.

Les bus séries demandent moins de câbles, ainsi quand la communication augmente en distance, on a tendance à privilégier un bus série.

Le bus série fait passer les informations entre les éléments l’une derrière l’autre en les étalant dans le temps.

Quand on passe à une transmission en série le principe inclus la notion de temps. On a va prendre les informations et les sérialiser.

Ceci implique l’utilisation d’un protocole qui défini dans le temps comment son structurée les données, avec un signe de départ et un signe de fin.Un peu comme des humains qui se rencontre pour une session ensemble. Il se disent “bonjour” pour marquer le début et “au revoir” à la fin.

Voici un exemple avec la trame du protocole UART.

Constitution de la trame:

un bit toujours à 1 pour indiquer le départ.
les bits de données (entre 5 et 9 bits à la suite)
un bit de parité (pour détecter une éventuelle erreur de transmission) On reviendra à ce principe dans le module 114 – Codage Chiffrage -.
un bit toujours à 1 qui indique la fin de la trame.
l’état de repos est à 1 (en fait +5V, on utilise les niveaux TTL)

Pour en savoir plus sur les différents modes de communication, i2C, uart et spi, voir ces vidéos:

Domaine d’application

Bus interne à un ordinateur

Jusqu’en 2004, dans l’architecture compatible IBM PC, les contrôleurs de bus en lien avec l’extérieur d’un microprocesseur d’ordinateur personnel sont au nombre de deux:

Le northbridge qui le relie aux périphériques rapides tels que la mémoire, et les cartes graphiques PCI
Le southbridge qui le relie à tous les périphériques internes plus lents et le bus PCI

Bus pour relier des périphériques

L’USB est de nos jours le plus connus des bus pour relier des périphériques externes.

Historiquement le port série (port COM) était le bus le plus utilisé pour relier des périphérique à l’aide du protocole RS-232. (voir cette explication didactique à propos de RS-232)

Pour les imprimantes on utilisait le port parallèle. On parlait même de “port imprimante”. (le rose). C’est un connecteur db25. Donc il comporte 25 fils.

Une partie des ses fils servent à transmettre un octet de données. Le fil n°10 sert à acquitter les caractères reçus. Les autres fils servent à l’alimentation électrique et aux commandes. On a notamment le fil 12 qui indique qu’on a plus de papier. De nos jours ça semble surprenant d’avoir un fil qui ne sert qu’à indique qu’il faut ajouter du papier !

Numéro	Nom	Désignation
1	_STR – Strobe	Balayage
2	D0 – Data bit 0	Bit de données 0
3	D1 – Data bit 1	Bit de données 1
4	D2 – Data bit 2	Bit de données 2
5	D3 – Data bit 3	Bit de données 3
6	D4 – Data bit 4	Bit de données 4
7	D5 – Data bit 5	Bit de données 5
8	D6 – Data bit 6	Bit de données 6
9	D7 – Data bit 7	Bit de données 7 (poids fort)
10	ACK – Acknowledgement	Acquittement
11	Busy	Occupé (lecture des données)
12	Paper Out	Plus de papier
13	Select	Sélection
14	Auto feed	Saut de page
15	Error	Erreur
16	Reset	Réinitialisation
17	Select Input	Sélection de l’entrée
18-25	GND	Masse

C’est depuis l’arrivée du iMac en 1998 qui chamboule pas mal les connecteurs. En effet, l’iMac en plus de n’avoir plus de lecteur disquette, n’a plus non plus de port série. Il utilise pour la première fois uniquement des ports USB.

Le port USB existait déjà sur certains PC depuis 1996 mais il n’existait aucun périphériques. Ainsi Epson est le premier fabriquant à produire une imprimante USB.

L’absence de lecteur disquette va aussi pousser à l’invention de la “clé USB“. pour stocker et partager des données.

Bus de terrain

Dans le monde industriel on utilise des bus de terrain.

Voici encore une liste de nombreux bus informatiques….

Bus KNX

Le bus KNX est un standard utilisé en électricité et en automation du bâtiment.

Il permet de relier des capteurs et des actionneurs.

Le cas le plus simple est la gestions des lampes. Dans une installation traditionnelle, chaque lampe est reliée à son/ses interrupteurs. Si dans le futur, j’ai envie d’ajouter un interrupteur, ou de changer le lien entre un interrupteur et une lampe. C’est compliqué.

Avec un bus tel que KNX, il y a une couche logicielle avec des adresses qui permet programmer quel actionneur (interrupteur) va permettre d’agir sur quel lampe ou groupe de lampe.

Le bus KNX permet ainsi beaucoup plus de souplesse et de possibilités dans la gestions d’une installation. Mais ceci au prix de la complexité de la programmation qui fait souvent peur aux électriciens.

Communication Ethernet

Le protocole Ethernet est également un des plus utilisé pour les réseaux locaux: LAN.

C’est un protocole de couche 2 dans le modèle OSI. Il fourni un adresse physique de la carte réseau pour adresser des messages. C’est l’adresse MAC.

La communication en ethernet se base sur une trame de donnée dont voici la structure:

En mode développé:

Notion de Protocole

En télécommunication nous utilisons beaucoup de protocoles. Mais revenons aux racines. Qu’est-ce qu’un protocole ?

Le simple fait de dire “Bonjour” et de faire une poignée de mains est un protocole entre humains pour se saluer.

Voir le fonctionnement du protocole SMTP pour envoyer des e-mail. Il a la particularité de dire “HELO” pour faire un appel à discuter avec son homologue. Ce dernier lui répond l’inverse “OLEH” pour dire qu’il est prêt.

Exercice:

Décrivez le protocole pour aller manger dans un restaurant. (arrivée, commande, paiement, etc..)

Modèle OSI

Pour chaque couche du modèle OSI on a des noms d’unité de donnée différents.

couche 1 => bits ou symbole
couche 2 => une trame
couche 3 => un paquet (ip)
couche 4 => un datagramme / segment TCP

support eit..