MICROÉLECTRONIQUE

Quelques rappels sur la numérisation

La numérisation de l'information, des signaux et des images est le fondement de l'exploitation des utilisations de la microélectronique.

Pour numériser l'information, les chiffres et les lettres sont représentés par des ensembles d'impulsions de tension, les « bits » d'information. Un bit correspond à « 0 » si l'impulsion est de 0 volt (en fait inférieure à une certaine tension), et a « 1 » si elle vaut un certaine tension nominale – 3,3 volts par exemple – (en fait si elle est supérieure à une certaine tension seuil). On représente les chiffres en comptant en binaire : 0 = « 00000000 » ; 1 = « 00000001 » ; 2 = « 00000010 » ; 3 = « 00000011 » ; 4 = « 00000100 »... Les lettres sont elles aussi codées : a = « 01100001 » ; A = « 01000001 » ; b = « 01100010 ». L'ensemble des chiffres et des lettres, ainsi que les ponctuations, sont ainsi traduites par des ensembles de huit bits, les octets (bytes). Grâce aux opérations logiques sur des bits, l'information peut être manipulée. Pour cela, on utilise des opérateurs portant sur un bit [le « non », ou (inverseur)] et des opérateurs portant sur deux bits à la fois (porte « et » : il faut que les deux bits « A » et « B » aient la valeur « 1 » pour que la sortie « A » et « B » vaille « 1 », sinon elle vaut « 0 », etc., cf. fig. 7b).

La numérisation d'un son, qui est un signal d'amplitude et de fréquence variables, s'effectue en « échantillonnant » le signal, c'est-à-dire en prenant son amplitude à des instants successifs. Bien entendu, plus les variations du signal sont rapides, plus il faut échantillonner à intervalles de temps courts. Le théorème d'échantillonnage indique qu'il faut prendre des mesures avec une fréquence double de la fréquence la plus élevée du spectre du signal (c'est-à-dire de la fréquence de Fourier la plus élevée) pour avoir une information complète sur le signal.

Numériser les images consiste à découper celles-ci en éléments ou pixels (picture elements) et à coder l'amplitude et la couleur de chacun de ces éléments.

L'avantage de la numérisation, par rapport au traitement analogique des signaux et des informations, réside dans la grande résistance à toute dégradation lors de la propagation et du traitement : en propagation de signaux analogiques, on ne sait pas si une variation de signal est due au signal lui-même ou si c'est une dégradation. Le signal numérique est représenté par la présence, ou non, d'un bit et l'on régénère celui-ci (quand il n'est pas trop dégradé) de manière à le propager sur de longues distances et dans des longues chaînes de traitement de l'information, sans dégradation. De plus, des codes de correction d'erreurs peuvent être insérés pour corriger les bits manquants ou en surnombre (si le taux d'erreurs n'est pas trop élevé).

Réalisation des fonctions logiques avec des transistors

Grâce au transistor fonctionnant en interrupteur commandé par une tension, il est possible de réaliser les fonctions de logique combinatoire dans les ordinateurs : en associant des transistors et des résistances, on peut obtenir, en effet, des circuits créant des portes logiques, comme le « et » et le « ou ». Pour faire le « et », il faut un circuit qui donne la tension « 1 » quand, à la fois, les entrées A et B sont au « 1 ». Pour faire le « ou », il faut un circuit qui donne « 1 » quand une des deux entrées (A ou B) est au « 1 ». Dans tous les autres cas, la sortie logique S doit être « 0 ». On représente tous les cas d'entrées et sorties par des tableaux dits « tables de vérité ». Aux bornes des résistances des deux circuits,[...]