Sous le capot d'une clé USB...

Pour bien comprendre comment les clés USB fonctionnent... (123RF, pabkov)

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Pour bien comprendre comment les clés USB fonctionnent et en quoi elles sont si spéciales, il faut examiner trois de leurs composantes: leur mémoire, leur connexion et leur partie logiciel.

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(Québec) CHRONIQUE / «Pouvez-vous me dire ce qu'il y a dans une clé USB qui permet d'y faire entrer des centaines de courriels, même si c'est un tout petit mécanisme? Je ne dois pas être le seul à me poser ces questions et je pense que votre réponse éclairera de nombreuses personnes», demande Jean-Marie Brochu, de Saint-Lambert-de-Lauzon.

En effet, comme l'usage de ces clés s'est vraiment généralisé depuis une dizaine d'années, la réponse à cette question allumera assurément des «petites lumières» dans la tête de bien des gens. C'est d'ailleurs en plein ce qui est arrivé dans celle de votre humble serviteur lors de la préparation de cette chronique...

Pour bien comprendre comment les clés USB fonctionnent et en quoi elles sont si spéciales, il faut examiner trois de leurs composantes: leur mémoire, leur connexion et leur partie logiciel.

Même s'il existe plusieurs «langages informatiques» différents que les programmeurs utilisent pour écrire des logiciels, ultimement, toutes ces informations et toutes les données sont toujours stockées dans un seul «langage», dit binaire: tout est encodé sous forme de 0 et de 1. Ces 0 et ces 1, que les informaticiens appellent bits, peuvent être conservés de plusieurs manières.

«Si on parle d'un disque dur, par exemple, la plupart du temps, ça va être une technologie magnétique. On va utiliser un matériau qui est aimanté et on fait varier la direction du champ magnétique [sur de minuscules parties du disque dur] pour indiquer les 0 et les 1», explique Jean-Daniel Deschênes, chercheur au Département de génie électrique et informatique de l'Université Laval.

Les clés USB, cependant, utilisent une autre sorte de mémoire, de type «flash», dont le fonctionnement est un brin plus compliqué - mais rien pour s'arracher les cheveux, qu'on se rassure. La mémoire flash est constituée d'une série (des milliards, littéralement) de «cellules» dont la pièce centrale s'appelle grille flottante. Il s'agit essentiellement d'une «trappe» à électron qui est séparée du reste par un isolant électrique, de façon à ce qu'elle conserve les charges électriques qu'on lui assigne ou non). Et c'est la présence ou l'absence d'électrons sur la grille flottante qui correspond à un 0 ou à un 1.

Par-dessus chaque grille flottante se trouve une «grille de contrôle», et en dessous passe un «canal» qui sert à conduire un courant électrique. La grille flottante, où le bit est stocké, est donc prise en sandwich entre les deux, grosso modo, et toute l'astuce réside là, explique M. Deschênes.

Le canal, en effet, n'est pas un conducteur parfait: pour qu'un courant électrique parvienne à y circuler, il faut appliquer un voltage minimum - disons 1 volt pour le bien de l'explication. On saute quelques détails, ici, mais disons que l'ensemble est fait de telle manière que le voltage doit être appliqué sur la grille de contrôle (sur le dessus). Or, les électrons sont des particules électriquement chargées qui peuvent interférer avec ce voltage; alors, quand il y en a sur la grille flottante, ils se trouvent à «bloquer» une partie du voltage, si bien que pour que le courant passe, il faut alors appliquer un voltage plus élevé que notre 1 V de départ (disons 1,2 V).

Et ce qui permet à l'ordinateur de «lire» le bit de la grille flottante, c'est qu'on applique un voltage intermédiaire de 1,1 V sur la grille de contrôle. Alors, s'il y a des électrons dans la flottante, le courant ne passe pas (cela fait un 0), et, s'il n'y a pas d'électrons, alors le courant parvient à passer (c'est un 1).

Voilà pour le principe de fonctionnement de la mémoire flash. Notons que ce qui permet à une petite clé USB de contenir «des centaines de courriels», comme le note notre lecteur, est une simple question de miniaturisation - chose à laquelle l'industrie de l'informatique, après des décennies de «pratique», est devenue extraordinairement bonne.

Petite & compatible

Maintenant, ces fameuses clés ne doivent pas leur nom à leur type de mémoire, mais plutôt à leur connexion, dite USB. «Si on compare avec un fil Ethernet, c'est assez similaire, dit M. Deschênes. Mais une différence majeure, c'est que dans un câble USB, vous avez au moins quatre fils, dont un fil de 5 V sert à l'alimentation électrique et un fil sert au retour du courant. Donc, cette paire-là permet d'alimenter les circuits de la clé. [...] Alors que sur un fil Ethernet, il n'y a pas d'alimentation électrique: sur les quatre fils qu'il y a, au minimum, dans le câble, une paire s'occupe de la communication dans un sens, et l'autre paire s'occupe du sens inverse.»

Notons qu'il y a quelques autres différences entre l'Ethernet et l'USB, que le manque d'espace nous empêche d'aborder ici. Retenons toutefois qu'elles font que les fils USB se prêtent mal aux communications sur de longues distances (contrairement aux câbles Ethernet); une des choses qui rendent ces clés si utiles, hormis leur taille, c'est qu'elles sont compatibles avec pratiquement tous les ordinateurs. Et ça, explique M. Deschênes, c'est le résultat d'un gros travail de standardisation des connexions et des logiciels qui permettent aux périphériques USB et aux ordinateurs de se «parler».

«Il y a eu beaucoup de travail de compatibilité à faire pour que ce soit possible d'opérer entre les différents manufacturiers», indique-t-il, précisant que le protocole USB3, le dernier cri, est long d'environ 600 pages!

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