Exercices: L'architecture de l'ordinateur

Relier chaque composant de l'ordinateur à la tâche qu'il réalise : (a) processeur (CPU), (b) mémoire vive (RAM), (c) disque dur ou SSD, (d) carte mère. Tâches : 1. conserve les fichiers à long terme, même quand l'ordinateur est éteint ; 2. exécute les instructions des programmes, c'est le « cerveau » de l'appareil ; 3. relie entre eux tous les autres composants ; 4. conserve temporairement les données avec lesquelles on travaille à un moment donné.

Expliquer avec vos propres mots la différence entre la mémoire vive (RAM) et le stockage (disque dur ou SSD). Aidez-vous d'une comparaison de la vie quotidienne, par exemple avec les meubles d'une cuisine ou d'un bureau.

Le schéma montre les principaux blocs d'un ordinateur, mais l'un des composants reliés au processeur est caché par un point d'interrogation, comme le montre la figure.

Le composant caché conserve temporairement les données avec lesquelles le processeur travaille à chaque instant et il est vidé quand on éteint l'ordinateur. De quel composant s'agit-il ? Expliquer ce qui se passerait si l'ordinateur n'en avait pas.

Vrai ou faux ? Justifier chaque réponse par une phrase : (a) la mémoire vive conserve vos photos même quand vous éteignez l'ordinateur ; (b) le processeur exécute les instructions des programmes ; (c) la carte mère relie entre eux tous les composants ; (d) le disque dur perd tout son contenu chaque fois que l'appareil est éteint.

À quel composant penseriez-vous en premier dans chaque cas ? Justifier vos réponses : (a) vous voulez stocker beaucoup plus de films sur l'ordinateur ; (b) vous voulez que l'ordinateur calcule et « réfléchisse » plus vite ; (c) vous voulez travailler avec de nombreux programmes ouverts en même temps sans ralentissement.

Vous fermez le document sans l'enregistrer et vous éteignez l'ordinateur : le texte que vous aviez écrit disparaît. Expliquer quel est le lien entre la mémoire vive et cette perte, et ce que fait exactement le bouton « enregistrer » pour l'éviter.

Quand vous jouez avec une manette, l'ordre du bouton arrive à un composant qui calcule ce qui doit se passer dans le jeu et envoie le résultat à l'écran. De quel composant s'agit-il ? Expliquer ce que vous remarqueriez dans le jeu si ce composant était très lent.

Rechercher les caractéristiques d'un ordinateur réel (celui de votre maison, celui de la salle ou un modèle d'une boutique en ligne) et noter son processeur, sa mémoire vive et son stockage. Expliquer avec vos propres mots ce que signifie chacune de ces trois données.

L'ordinateur d'une classe est très lent quand on ouvre beaucoup d'onglets du navigateur en même temps, alors que son processeur est puissant et que le disque a de la place libre. Selon vous, quel composant atteint sa limite ? Expliquer pourquoi et quelle amélioration de l'appareil résoudrait le problème.

Dans un magasin, vous comparez deux ordinateurs : l'appareil A a un processeur de $3,2\ \text{GHz}$, $8\ \text{Go}$ de mémoire vive et un SSD de $256\ \text{Go}$ ; l'appareil B a un processeur de $2,8\ \text{GHz}$, $16\ \text{Go}$ de RAM et un disque dur de $1\ \text{To}$. Expliquer ce que signifie chaque donnée et justifier quel appareil convient le mieux à une élève qui monte des vidéos avec plusieurs programmes ouverts en même temps.

Quand vous double-cliquez sur un document, les données circulent entre les composants de l'ordinateur. Remettre ces étapes dans l'ordre et expliquer le rôle de la mémoire vive dans ce processus : (a) le processeur traite les données du document, (b) le document est copié du stockage vers la mémoire vive, (c) vous double-cliquez sur l'icône du fichier, (d) le document s'affiche à l'écran.

Quand on ouvre un jeu, les données circulent entre quatre pièces de l'ordinateur. La figure montre ces pièces reliées par des flèches, mais l'ordre indiqué par les numéros des cartes est incorrect, comme le montre le schéma.

Écrire le bon ordre du trajet des données, de 1 à 4, et expliquer ce qui se passe à chacune des quatre étapes.

Un ordinateur met trois minutes à démarrer parce que son disque dur est de type ancien, avec des pièces mobiles (HDD). Expliquer pourquoi le remplacer par un SSD accélère le démarrage et l'ouverture des programmes, même si le processeur et la mémoire vive restent exactement les mêmes.

Un ordinateur a $16\ \text{Go}$ de mémoire vive. Entre le système d'exploitation ($4\ \text{Go}$), le navigateur ($3\ \text{Go}$) et un jeu ($6\ \text{Go}$), calculer la quantité de RAM restante grâce à la soustraction $16 - (4 + 3 + 6)$ et expliquer ce qui peut se passer si vous ouvrez ensuite un programme qui nécessite $5\ \text{Go}$.

Le téléphone signale « stockage presque plein » et pourtant il a $8\ \text{Go}$ de mémoire vive libres. Expliquer pourquoi supprimer des applications et des vidéos libère du stockage mais pas de la RAM, et justifier quel type de mémoire les photos et les vidéos remplissent.

Un vieil ordinateur a $4\ \text{Go}$ de RAM et un disque dur HDD, et il n'y a d'argent que pour une seule amélioration : passer à $16\ \text{Go}$ de RAM ou passer à un SSD. Justifier votre choix pour que l'appareil « aille plus vite » à l'usage quotidien (démarrer, ouvrir des programmes, passer d'une fenêtre à l'autre) et expliquer ce que chaque option améliorerait et n'améliorerait pas.

Imaginez que vous travaillez au service technique du lycée et que vous recevez trois ordinateurs avec des problèmes de performance :

• Appareil A : Il met presque dix minutes à démarrer et à ouvrir n'importe quel programme, mais une fois l'application ouverte, il fonctionne très bien.

• Appareil B : Quand plusieurs onglets du navigateur sont ouverts avec un traitement de texte et de la musique en fond, l'appareil se fige régulièrement et saccade quand on change de fenêtre.

• Appareil C : Pendant l'exportation finale d'un projet vidéo en haute définition, le processus s'interrompt brusquement en indiquant qu'il est impossible d'enregistrer le fichier obtenu.

Pour chaque cas, diagnostiquer de façon argumentée quel composant matériel (stockage secondaire, mémoire vive ou processeur/carte graphique) provoque le goulot d'étranglement et proposer une amélioration technique adaptée.

Un nouveau téléphone portable dispose de $128\ \text{Go}$ de stockage interne au total, mais le système d'exploitation et les applications de base occupent déjà $28\ \text{Go}$. Vous voulez utiliser l'espace libre restant exclusivement pour enregistrer des photos de haute qualité, qui occupent en moyenne $4\ \text{Mo}$ chacune.

1. a) Sachant que $1\ \text{Go} = 1\,000\ \text{Mo}$, calculer combien de photos entières vous pourrez stocker au maximum théorique dans l'espace libre disponible. Montrer toutes les opérations avec leurs unités.
2. b) Votre camarade affirme que tant que vous n'installez pas d'autres applications, vous pourrez enregistrer exactement cette quantité calculée. Réfuter techniquement son affirmation en expliquant au moins deux raisons réelles pour lesquelles la capacité utilisable pour les photos sera inférieure.

La salle de technologie a besoin d'un nouvel ordinateur pour programmer, monter des vidéos et utiliser des jeux éducatifs. Répartir l'importance que vous donneriez à chaque composant (processeur, mémoire vive, carte graphique et stockage), justifier vos choix et indiquer sur quel composant vous économiseriez si le budget était serré.

Le serveur d'une boutique en ligne répond à des milliers de personnes en même temps, qui demandent toutes des pages et passent des commandes. Comparer ce serveur à l'ordinateur de votre maison : justifier quels composants il faudra renforcer (processeur, mémoire vive, stockage, connexion au réseau) et pourquoi un ordinateur de bureau « très puissant » ne suffirait pas.

Le département de Technologie veut tourner un documentaire scolaire avec une caméra qui enregistre des vidéos en qualité 4K, générant environ $375\ \text{Mo}$ de données par minute d'enregistrement. Pour cela, vous disposez d'une carte mémoire de $256\ \text{Go}$ vide.

1. a) Sachant que $1\ \text{Go} = 1\,000\ \text{Mo}$, calculer combien d'heures et de minutes d'enregistrement continu peuvent théoriquement tenir sur cette carte (montrer le détail du calcul avec la virgule décimale).
2. b) Si le tournage complet nécessite d'enregistrer $12$ heures de prises au total, combien de cartes de $256\ \text{Go}$ vous faudra-t-il au minimum ? Justifier votre réponse en tenant compte des imprévus et de l'espace requis par le formatage des cartes.

Dans le prospectus publicitaire d'un magasin, vous lisez l'accroche suivante à propos d'un téléphone :

« Des performances inégalées ! Il dispose de $12\ \text{Go}$ de mémoire, le double de votre téléphone actuel : il ira deux fois plus vite et vous pourrez stocker deux fois plus de photos et de jeux ».

1. a) Analyser de manière critique l'accroche et expliquer, en justifiant, les deux erreurs techniques fondamentales que commet la publicité en employant le mot « mémoire » et en le liant à la « vitesse ».
2. b) Rédiger une version corrigée et techniquement honnête de la publicité, qui reste attractive pour l'acheteur sans tromper.

Deux élèves comparent deux ordinateurs qui coûtent le même prix pour l'atelier de Technologie :

• Ordinateur A : Processeur ancien de $1$ cœur fonctionnant à $3,8\ \text{GHz}$.

• Ordinateur B : Processeur moderne de $4$ cœurs fonctionnant à $2,4\ \text{GHz}$.

L'un d'eux soutient : « L'ordinateur A est clairement supérieur et plus rapide parce que $3,8\ \text{GHz}$ représentent beaucoup plus de cycles d'horloge par seconde que $2,4\ \text{GHz}$ ».

1. a) Expliquer ce que mesure exactement la fréquence en gigahertz ($\text{GHz}$) et ce qui se passe dans le processeur pendant chaque cycle.
2. b) Réfuter techniquement l'affirmation de votre camarade : justifier pourquoi le processeur de l'ordinateur B peut offrir des performances générales bien supérieures à celles de l'ordinateur A dans des situations de travail réelles.

Le club de robotique monte un ordinateur avec un budget de $600\ \text{€}$ et cette liste de pièces : processeur à $210\ \text{€}$, mémoire vive à $80\ \text{€}$, SSD à $110\ \text{€}$, carte graphique à $150\ \text{€}$ et carte mère avec alimentation et boîtier à $120\ \text{€}$. Additionner le total et vérifier s'il rentre dans le budget ; s'il n'y rentre pas, décider quel changement vous feriez (quelle pièce réduire ou améliorer) et défendre votre décision en fonction de l'usage du club.