DIU "Enseigner l'informatique au lycée" - UE 3 : Architectures matérielles et robotique, systèmes et réseaux

Présentation

Cette UE regroupe l'étude des architectures matérielles et robotique, des systèmes et des réseaux. Le but est de permettre à l'enseignant d'avoir le recul nécessaire pour expliquer aux élèves le fonctionnement d'un ordinateur, d'un robot, d'un smartphone ou d'un objet connecté, des systèmes d'exploitation de ces systèmes et des réseaux comme Internet qui permettent de les relier.

Pré-requis

Pour faire certains TP, vous aurez besoin de votre identifiant étudiant et mot de passe.
Voir le livre sur ISN chapitres 13 à 17 + 10 et 11
  • Architecture : Lire les supports de cours de LIFASR3 ici
    • Partie 1 - Algèbre de Boole et les fonctions logiques
    • Partie 2 - Circuits combinatoires
    • Partie 3 - Circuits séquentiels
    • Pour les TP, vous utiliserez le logiciel Logisim pour simuler facilement des circuits logiques, à télécharger ici
    • Prise en main de LOGISIM: Réalisez le tutoriel “Beginner’s tutorial” disponible sur la page de Losim : Beginner’s tutorial
    • Puis, faire le TP 1
  • Réseaux :
    • Lire le support de cours (jusqu'à la diapo 138) : Les Réseaux, Internet et le Web (1 par page, 6 par page)
    • Installer et prendre en main le simulateur de réseaux Filius sur votre ordinateur : documentation (pdf)
    • Faire dans Filius le TP-lan-ping et répondre au QCM Tomuss associé : sujet pdf, QCM TP-lan-ping ouvert sur votre page Tomuss dans l'UE UE-INF0003E Architectures Matérielles Et Robotique, Systèmes Et Réseaux
  • Systèmes : connaître les principales commandes Unix
  • Robotique :

    Contenu de l'UE

    • 1. Architecture des circuits - 6h - Hamid Ladjal
      • Architecture d'un ordinateur : modèle de Von Neumann, jeu d'instruction et langage machine
      • L'algèbre de Boole et les fonctions booléennes élémentaires
      • Quelques circuits combinatoires et séquentiels
    • 2. Robotique et systèmes embarqués - 3h - Sophie Cavassila
      • Programmation des robots et des cartes
      • Acquisition et conversion des signaux analogiques
      • Contrôle et commande des actionneurs
    • 3. Systèmes d’exploitation - 6h - Fabien Rico
      • Au programme :
        • rôle du système
        • notion de base
        • utilisation du shell de commande
        • ordonancement
        • la mémoire
      • Pour allez plus loin vous pouvez vous référez aux cours dont il est issu
    • 4. Réseaux - 6h - Olivier Gluck
      • Modèle client-serveur et modèle OSI
      • Protocoles de communication d'internet et du web
      • Sécurité des communications (chiffrement symétrique et asymétrique)

    Modalités de contrôle des connaissances

    L'évaluation de l'UE repose sur un examen de 2h le 26 juin de 14h à 16h + le travail à distance. A priori, l'examen compte pour 60% et le travail à distance pour 40%. Les coefficients seront modifiés si nécessaire.

    L'examen sera composé de plusieurs parties :

    • Architecture : 30 minutes, QCM Tomuss + 1 petit exercice type TD (expression de la sortie d'un logigramme, simplification, table de vérité et table de Karnaugh) - QCM sur Tomuss + remise de copie partie 2 sur tomuss - sujet partie 2 : pdf doc odt correction
    • Réseaux : 40 minutes, QCM Tomuss (correction sur votre page Tomuss)
    • Systèmes : 30 minutes, 1 ou 2 exercices - remise de copie sur tomuss - sujet : pdf feuille réponse xlsx correction
    • Robotique : 20 minutes - remise de copie sur tomuss - sujet : pdf docx odt correction

    Le travail à distance est évalué sur la base de votre rendu : QCM Tomuss si vous choisissez le renforcement en Réseaux, la fiche décrivant la ressource produite si vous choisissez de produire une ressource pédagogique.

    Travail à distance

    Le travail à distance à réaliser prend la même forme que celui réalisé dans l'UE 2 du DIU. Il s'agit d'un travail personnel d'environ 10h. Nous vous demandons de choisir un thème du programme en lien avec l'UE 3 du DIU et de produire une ressource pédagogique de votre choix, si possible un enseignement à distance ou une activité débranchée.

    A la place de ce travail à distance, vous pouvez faire un renforcement en réseaux à travers des TP Filius + QCM Tomuss associés (10h de travail personnel à distance environ). Les sujets des TP sont ci-dessous dans l'item Ressources. Ces TP et QCM Tomuss peuvent également être des supports pour créer vos propres ressources pédagogiques pour les enseignements de réseaux du programme NSI.

    Merci d'indiquer votre choix pour la FOAD sur votre page Tomuss dans la case Choix_FOAD avant le vendredi 19 juin 20h
    Pour celles/ceux qui ne choisiraient pas le renforcement en Réseaux, merci de décrire en quelques lignes sur votre page Tomuss dans la case Description_FOAD ce que vous avez choisi de produire comme ressource(s) ainsi que le thème du programme associé.
    Vous devrez déposer le fichier décrivant votre travail dans la case Rendu_FOAD avant le 25 juin 20h.

    Robotique

    Voici les thèmes de la FOAD pour Robotique :
    • Les entrées et sorties numériques : configuration, lecture d’informations de capteurs numériques et écriture d’informations vers des actionneurs numériques. Mise en œuvre sur simulateur et exemples d’applications pratiques.
    • Les entrées analogiques : configuration, traitement d’informations de capteurs analogiques. Mise en œuvre sur simulateur et exemples d’applications pratiques.
    • Génération de signaux impulsionnels : Mise en œuvre sur simulateur et exemples d’applications pratiques.
    • Protocole de communication série : UART, SPI,.. : Mise en œuvre sur simulateur et exemples d’applications pratiques.

    Système

    Voici les thèmes de la FOAD pour Système :
    • Les certificats électroniques
      Les certificats utilisés dans le web sont basés sur du chiffrement à clef publique. Cela pose le problème de l'homme du milieu (Man in the middle). Pour éviter cela, les certificats proposent un moyens de vérifier les clefs publiques fournies par un serveur donné. Les points à aborder :
      • algorithmes à clef publique
      • Pb de l'homme du milieu
      • Authorité de certification, signature
      • Magasin de certificat dans le systèmes
    • Problème des lecteurs rédacteurs dans le cas du multitâche
      C'est un problème classique en multitâche que l'on voit par exemple dans les bases de données.
      points à aborder
      • le problème lui même
      • exclusion entres tâches
      • problème iniquité entre les groupes de tâches
    • L'ordonancement temps réel
      On parle de temps réel dans les cas ou le système doit être capable de prévoir la realisation effective des tâches.
      Les points à aborder
      • Exemple de temps réel, différence de conséquences en cas de manquement de délai.
      • Exemple d'algorithmes

    Architecture des circuits

    Voici les thèmes de la FOAD pour l'architecture des circuits : Veuillez trouver les details pour chaque activité
    • Jeu de roche-papier-ciseau numérique :
      Vous devez réaliser un jeu de roche-papier-ciseau numérique. Il y a donc deux joueurs A et B (deux étudiants) qui disposent chacun trois couleurs (papier couleurs) qui encode le choix sur deux bits, selon l’encodage suivant, pour chacun des joueurs (A1A0) et (B1B0).
    • Jeu Dé numérique:
      Dans cette activité, on veut réaliser un circuit logique qui simule un dé électronique à diodes (LED).
    • Serrure de coffre :
      On peut imaginer 3 ou 4 élèves ou enseignants responsables (A, B, C et D) d'une école, qui peuvent avoir accès à un coffre (armoire ou un laboratoire). Ils possèdent chacun une clé différente (a, b, c et d)....
    • Synthèse d’un compteur/décompteur.
    • Synthèse d’un additionneur à 4 bits.
    • Etudiez les circuits logiques de bases.
      • Veuillez trouver les details pour les différentes activités.

    Emploi du temps

    Les jours de formation de cette UE sont : 15/06, 16/06, 18/06, 19/06 (matin), 26/06 (après-midi)

    LUNDI
    15/06    		 MARDI
    16/06    		 JEUDI
    18/06    		 VENDREDI
    19/06    		 VENDREDI
    26/06
    9h-10h CM Réseaux
    visio webex
    10h-12h TP Réseaux
    Filius+Tomuss+visio webex     		9h-11h00 CM Archi
    Visio Webex
    11h00-12h TP Archi
    introduction Logisim
    Visio Webex     		9h-12h Systèmes (CM+TD)
    • Processus
    • Mémoire
    • Fichier
    		 9h-12h TP Robotique
    discord + simulateur Tinkercad
    		  
             
    14h-17h TP Réseaux
    Filius+Tomuss+visio webex
    14h-17h TP Archi
    Quelques circuits combinatoires et séquentiels sous Logisim
    Visio Webex     		14h-17h CM/TD Systèmes
    • Tâches et ordonnancement
    • Configuration
    		   14h-16h15 Examen
       Fin des dépôts à 16h30
    16h30-17h30 Synthèse/Restitution FOAD par groupe + Debrief tous ensemble

    Ressources

    Adéquation avec le programme de SNT et NSI

    Lien vers programme SNT
    Lien vers programme NSI 1ere
    Lien vers programme NSI Terminale

    • Architecture
      •  NSI 1ere
      Contenus Capacités attendues Commentaires
      Modèle d’architecture séquentielle (von Neumann) Distinguer les rôles et les caractéristiques des différents constituants d’une machine. Dérouler l’exécution d’une séquence d’instructions simples du type langage machine. La présentation se limite aux concepts généraux. On distingue les architectures monoprocesseur et les architectures multiprocesseur. Des activités débranchées sont proposées. Les circuits combinatoires réalisent des fonctions booléennes.

      NSI Terminale
      Contenus Capacités attendues Commentaires
      Composants intégrés d’un système sur puce. Identifier les principaux composants sur un schéma de circuit et les avantages de leur intégration en termes de vitesse et de consommation. Le circuit d’un téléphone peut être pris comme un exemple : microprocesseurs, mémoires locales, interfaces radio et filaires, gestion d’énergie, contrôleurs vidéo, accélérateur graphique, réseaux sur puce, etc.

    • Robotique
      •  SNT
      Contenus Capacités attendues Commentaires
      Systèmes informatiques embarqués Identifier des algorithmes de contrôle des comportements physiques à travers les données des capteurs, l’IHM et les actions des actionneurs dans des systèmes courants.
      Interface homme-machine (IHM) Réaliser une IHM simple d’un objet connecté.
      Commande d’un actionneur, acquisition des données d’un capteur Écrire des programmes simples d’acquisition de données ou de commande d’un actionneur.
      Identifier les évolutions apportées par les algorithmes au contrôle des freins et du moteur d’une automobile, ou à celui de l’assistance au pédalage d’un vélo électrique.
      Réaliser une IHM pouvant piloter deux ou trois actionneurs et acquérir les données d’un ou deux capteurs.
      Gérer des entrées/sorties à travers les ports utilisés par le système.
      Utiliser un tableau de correspondance entre caractères envoyés ou reçus et commandes physiques (exemple : le moteur A est piloté à 50 % de sa vitesse maximale lorsque le robot reçoit la chaîne de caractères « A50 »).

      NSI 1ere
      Contenus Capacités attendues Commentaires
      Périphériques d’entrée et de sortie Interface HommeMachine (IHM) Identifier le rôle des capteurs et actionneurs. Réaliser par programmation une IHM répondant à un cahier des charges donné. Les activités peuvent être développées sur des objets connectés, des systèmes embarqués ou robots.

    • Systèmes
      •  NSI 1ere
      Contenus Capacités attendues Commentaires
      Systèmes d’exploitation Identifier les fonctions d’un système d’exploitation. Utiliser les commandes de base en ligne de commande. Gérer les droits et permissions d’accès aux fichiers. Les différences entre systèmes d’exploitation libres et propriétaires sont évoquées. Les élèves utilisent un système d’exploitation libre. Il ne s’agit pas d’une étude théorique des systèmes d’exploitation.

      NSI Terminale
      Contenus Capacités attendues Commentaires
      Gestion des processus et des ressources par un système d’exploitation. Décrire la création d’un processus, l’ordonnancement de plusieurs processus par le système. Mettre en évidence le risque de l’interblocage (deadlock). À l’aide d’outils standard, il s’agit d’observer les processus actifs ou en attente sur une machine. Une présentation débranchée de l’interblocage peut être proposée.

    • Réseaux
      •  SNT
      Contenus Capacités attendues Commentaires
      Protocole TCP/IP : paquets, routage des paquets Distinguer le rôle des protocoles IP et TCP. Caractériser les principes du routage et ses limites. Distinguer la fiabilité de transmission et l’absence de garantie temporelle
      Adresses symboliques et serveurs DNS Sur des exemples réels, retrouver une adresse IP à partir d’une adresse symbolique et inversement.
      Réseaux pair-à-pair Décrire l’intérêt des réseaux pair-à-pair ainsi que les usages illicites qu’on peut en faire.
      Indépendance d’internet par rapport au réseau physique Caractériser quelques types de réseaux physiques : obsolètes ou actuels, rapides ou lents, filaires ou non. Caractériser l’ordre de grandeur du trafic de données sur internet et son évolution.
      URL Décomposer l’URL d’une page. Reconnaître les pages sécurisées.
      Requête HTTP Décomposer le contenu d’une requête HTTP et identifier les paramètres passés.
      Modèle client/serveur Inspecter le code d’une page hébergée par un serveur et distinguer ce qui est exécuté par le client et par le serveur.
      Illustrer le fonctionnement du routage et de TCP par des activités débranchées ou à l’aide de logiciels dédiés, en tenant compte de la destruction de paquets.
      Déterminer l’adresse IP d’un équipement et l’adresse du DNS sur un réseau.
      Analyser son réseau local pour observer ce qui y est connecté.
      Suivre le chemin d’un courriel en utilisant une commande du protocole IP.

      NSI 1ere
      Contenus Capacités attendues Commentaires
      Interaction client-serveur. Requêtes HTTP, réponses du serveur Distinguer ce qui est exécuté sur le client ou sur le serveur et dans quel ordre. Distinguer ce qui est mémorisé dans le client et retransmis au serveur. Reconnaître quand et pourquoi la transmission est chiffrée. Il s’agit de faire le lien avec ce qui a été vu en classe de seconde et d’expliquer comment on peut passer des paramètres à un site grâce au protocole HTTP.
      Formulaire d’une page Web Analyser le fonctionnement d’un formulaire simple. Distinguer les transmissions de paramètres par les requêtes POST ou GET. Discuter les deux types de requêtes selon le type des valeurs à transmettre et/ou leur confidentialité
      Transmission de données dans un réseau Protocoles de communication Architecture d’un réseau Mettre en évidence l’intérêt du découpage des données en paquets et de leur encapsulation. Dérouler le fonctionnement d’un protocole simple de récupération de perte de paquets (bit alterné). Simuler ou mettre en œuvre un réseau. Le protocole peut être expliqué et simulé en mode débranché. Le lien est fait avec ce qui a été vu en classe de seconde sur le protocole TCP/IP. Le rôle des différents constituants du réseau local de l’établissement est présenté.

      NSI Terminale
      Contenus Capacités attendues Commentaires
      Protocoles de routage. Identifier, suivant le protocole de routage utilisé, la route empruntée par un paquet. En mode débranché, les tables de routage étant données, on se réfère au nombre de sauts (protocole RIP) ou au coût des routes (protocole OSPF). Le lien avec les algorithmes de recherche de chemin sur un graphe est mis en évidence.
      Sécurisation des communications. Décrire les principes de chiffrement symétrique (clef partagée) et asymétrique (avec clef privée/clef publique). Décrire l’échange d’une clef symétrique en utilisant un protocole asymétrique pour sécuriser une communication HTTPS. Les protocoles symétriques et asymétriques peuvent être illustrés en mode débranché, éventuellement avec description d’un chiffrement particulier. La négociation de la méthode chiffrement du protocole SSL (Secure Sockets Layer) n’est pas abordée.