La cassette informatique

Sur un Thomson MO5, pour retrouver un jeu, il valait mieux avoir noté sur la jaquette la face de la cassette et le nombre affiché au compteur. Ensuite, on avançait la bande jusqu’au bon endroit, on enfonçait la touche de lecture et on tapait LOAD "DEMO". Comment l’ordinateur reconnaissait-il le nom DEMO, puis les instructions du programme, dans les variations d’un signal magnétique ?

La cassette informatique reprend un support conçu pour le son. Pour y sauvegarder un programme, l’ordinateur doit convertir ses instructions en un signal que le magnétophone peut enregistrer. Entre la cassette que l’on retourne à la main et le programme qui réapparaît à l’écran, il faut faire avancer la bande, retrouver les bits et reconnaître le début d’un fichier.

De la bande magnétique à la cassette informatique

À la fin du XIX^e siècle, Valdemar Poulsen enregistre du son sur un fil d’acier. Puis, dans les années 1920, Fritz Pfleumer expérimente une bande souple recouverte de particules magnétiques et dépose un brevet en 1928.

En 1935, l’entreprise allemande AEG présente le Magnetophon K1 au salon de la radio de Berlin. AEG a conçu l’appareil, tandis que les équipes de Ludwigshafen, issues de BASF et alors intégrées à IG Farben, ont mis au point sa bande. Ainsi, à mesure qu’elle avance devant la tête d’enregistrement, la bande conserve les variations du signal dans l’ordre où elles se produisent.^[1]

L’informatique exploite tôt cette propriété. En 1951, les lecteurs UNISERVO de l’UNIVAC I stockent des données numériques sur de grandes bobines. Puis, en 1952, IBM annonce son lecteur 726. Dans les centres de calcul, ces lecteurs traitent des fichiers en faisant défiler la bande, enregistrement après enregistrement.^[2]

Philips enferme les deux bobines dans un boîtier

En 1963, Philips présente à Berlin la Compact Cassette et son magnétophone portable EL 3300. À Hasselt, en Belgique, l’équipe dirigée par Lou Ottens réunit les deux bobines dans un boîtier qui s’insère d’un geste. Grâce à cette coque, la bande de 3,81 mm est déjà en place lorsque l’on insère la cassette. Au départ, l’équipe cherche surtout à faciliter l’enregistrement de la voix.^[3]

Des lecteurs spécialisés au magnétophone du commerce

Vers 1970, la calculatrice programmable Wang 700 utilise déjà une cassette pour sauvegarder ses programmes. De son côté, le Datapoint 2200, présenté en 1970 et livré à partir de 1971, possède deux lecteurs pour ses programmes et ses données. Il fait défiler la bande à environ 19 cm/s, soit quatre fois la vitesse d’un magnétophone audio ordinaire. En parallèle, la première édition de la norme ECMA-34, en 1971, décrit un format d’échange numérique sur cassette de 3,81 mm.^[4]

Au milieu des années 1970, les amateurs peuvent aussi réutiliser un magnétophone du commerce. En 1976, par exemple, une carte d’interface relie l’Apple I à un appareil audio. Il faut toutefois produire un signal que le magnétophone sait enregistrer et que l’ordinateur peut décoder ensuite.^[5]

Comment le lecteur entraîne, écrit et relit la bande

Quand on appuie sur Play, un galet en caoutchouc presse la bande contre un axe métallique tournant, le cabestan. Ce couple règle la vitesse de défilement. Une bobine fournit la bande, tandis que l’autre l’enroule. Sur les lecteurs Thomson étudiés ici, la vitesse nominale est de 4,75 cm/s.^[6]

La tête magnétique transforme le signal

À l’enregistrement, un courant variable traverse une petite bobine dans la tête magnétique. Le champ qu’elle produit aimante la couche magnétique au fur et à mesure de son passage. À la lecture, le phénomène s’inverse. En défilant devant la tête, les zones aimantées produisent une faible tension que le lecteur amplifie. Pour réutiliser la même piste, une autre tête efface d’abord l’ancien signal. La tête d’enregistrement inscrit ensuite le nouveau.^[6]

La lecture dépend donc aussi de la mécanique. Si la vitesse varie, les impulsions arrivent trop tôt ou trop tard. Si la tête de lecture forme un angle différent de celle qui a enregistré la bande, les fréquences les plus élevées s’affaiblissent en premier. Cet angle, appelé azimut, se règle sur le lecteur. Même une cassette en bon état peut ainsi devenir difficile à lire sur un appareil mal réglé.^[6]

Kansas City : inscrire des bits sur une cassette audio

Les 7 et 8 novembre 1975, la revue américaine BYTE réunit des acteurs de la micro-informatique à Kansas City. Ils cherchent en effet un moyen d’échanger des données à l’aide de magnétophones bon marché. La proposition paraît en février 1976. Elle associe une fréquence à chacune des deux valeurs possibles d’un bit. Pour un 0, on enregistre quatre oscillations à 1 200 Hz. Pour un 1, on en enregistre huit à 2 400 Hz.^[7]

Le hertz indique combien d’oscillations se produisent en une seconde. Le 1 comporte donc deux fois plus d’oscillations, mais elles sont deux fois plus rapides. Au total, les deux bits occupent environ 3,33 millisecondes. À la lecture, le circuit ou le logiciel distingue les deux fréquences pour retrouver la valeur du bit.^[7]

Pourquoi 300 bauds donnent au mieux 27 octets par seconde

Pour repérer un octet, le format de Kansas City ajoute un bit de départ aux huit bits de données, puis au moins deux bits de fin. Il faut donc transmettre au moins onze bits pour récupérer un octet utile. Le baud compte les symboles transmis par seconde. Ici, chaque symbole représente un bit. À 300 bauds, on obtient ainsi environ 27 octets utiles par seconde au mieux.^[7]

À ce rythme, par exemple, un fichier de 10 Kio, soit 10 240 octets, demande déjà un peu plus de 6 min 15 s. En pratique, il faut aussi compter les signaux de synchronisation. Ils fournissent au lecteur un repère avant les données de chaque bloc.^[7]

Le même support, plusieurs façons de le lire

Les constructeurs gardent cependant leurs propres formats et se répartissent différemment le travail entre le lecteur et l’ordinateur. Par exemple, le ZX Spectrum se raccorde à un magnétophone audio externe. Certaines versions du Commodore PET 2001 intègrent leur lecteur. Commodore propose aussi le Datasette C2N, un périphérique externe muni de sa propre électronique de lecture. Le choix du lecteur détermine ainsi où le signal est remis en forme avant d’arriver à l’ordinateur.^[8]

Sur le Thomson MO5, comment retrouver un programme

Commercialisé en 1984, le MO5 entre dans les écoles avec le plan Informatique pour tous de 1985. Son lecteur-enregistreur externe MK 50-050 communique avec l’ordinateur par une prise DIN qui transporte notamment les données et la commande du moteur. Une fois les touches d’enregistrement enclenchées, SAVE "DEMO" écrit sur la bande le programme BASIC présent en mémoire. Plus tard, avec la touche de lecture enfoncée, LOAD "DEMO" cherche ce nom à partir de la position courante, puis recharge le programme en mémoire vive.^[6][9]

Le compteur et les faces A et B

Sur une seule face, on pouvait sauvegarder plusieurs dizaines de petits programmes. À force de retaper les jeux BASIC publiés dans Hebdogiciel, par exemple, on pouvait remplir toute une cassette. Pour s’y retrouver, on remettait le compteur à zéro au début de la face, puis on notait sur la jaquette le nom du programme et le nombre affiché au début de son enregistrement. Pour le recharger, on avançait ou on rembobinait jusqu’à un peu avant ce repère.^[9]

Le compteur ne suffisait pourtant pas à lui seul. Il fallait aussi choisir la bonne face. En retournant la cassette, on faisait défiler la même bande dans l’autre sens. La tête lisait alors une autre piste, sur l’autre moitié de la largeur de la bande. Un repère comme « B — 120 » indiquait donc la face à placer dans le lecteur et la position approximative à retrouver.^[9]

Comment le MO5 et le TO7-70 reconnaissent les bits

Sur le MO5, un bit de données dure environ 833 microsecondes, un peu moins d’un millième de seconde. À la lecture, le lecteur amplifie d’abord le signal. Ensuite, un circuit appelé comparateur produit un niveau haut ou bas selon que la tension dépasse ou non un seuil. Pour un 0, le niveau reste stable à l’intérieur du bit. Pour un 1, il change à mi-parcours. Le MO5 peut ainsi distinguer les deux valeurs. Pour savoir à quel moment commencer à lire, il repère un motif particulier au début de chaque bloc.^[6]

Le TO7-70 utilise le lecteur MK 97-070. Ici, le 0 correspond à cinq oscillations à 4 500 Hz, et le 1 à sept oscillations à 6 300 Hz. Les deux durent donc environ 1,11 milliseconde, soit 900 bits transmis par seconde. Pour les distinguer, le lecteur utilise deux filtres, chacun sensible à l’une de ces fréquences. Le lecteur MK 90-090 du TO7 emploie le même couple de fréquences. Une cassette prévue pour le MO5 peut donc entrer dans le lecteur du TO7-70 sans que ce dernier sache en lire les données.^[10]

D’où venait le bruit du chargement ?

Sur certaines machines, on entendait un sifflement, puis un grésillement. Sur le ZX Spectrum, par exemple, les impulsions régulières du début d’un bloc produisent un son continu lorsqu’on les écoute sur un haut-parleur. Ensuite, les impulsions courtes et longues des données se succèdent et donnent ce bruit caractéristique.^[11]

Sur le MO5 et le TO7-70, le lecteur dispose aussi d’une piste audio distincte. Pendant que l’ordinateur lit les données, certains jeux du commerce font ainsi entendre de la musique ou une voix par le téléviseur. En revanche, quand on sauvegarde soi-même un programme BASIC sur une cassette vierge, cette piste reste normalement muette.^[10][11]

Ce que la cassette change à la maison

Avec une cassette vierge, on pouvait conserver un programme et le reprendre le lendemain. On pouvait aussi le prêter ou acheter des jeux déjà enregistrés, comme Pulsar 2, édité par Loriciels pour le MO5 en 1984. Au Royaume-Uni, le Science Museum Group conserve à la fois des jeux et des cours de BASIC sur cassette.^[12]

Le signal pouvait même voyager par les ondes, comme une chanson. Aux Pays-Bas, la radio publique NOS diffusait des programmes BASIC sous forme de sons. Les auditeurs pouvaient alors les enregistrer ou transmettre le signal à l’entrée cassette de leur ordinateur. Il leur fallait toutefois un logiciel BASICODE adapté à leur machine pour le décoder.^[12]

La cassette était bon marché, mais il fallait parfois patienter deux fois : d’abord pour atteindre le début du programme, puis pour le charger. Même en connaissant son repère au compteur, on devait faire défiler la bande jusqu’au bon endroit. C’est ce qu’on appelle un accès séquentiel. Avec une disquette, le lecteur déplace directement sa tête vers la piste voulue, puis attend que le secteur recherché passe devant elle. À mesure que les lecteurs de disquettes sont devenus plus abordables, cet accès plus rapide a contribué à faire reculer la cassette dans la micro-informatique familiale.

La bande magnétique a gardé sa place dans les centres de données. Des cartouches conçues pour l’informatique, comme les LTO, servent encore à conserver de gros volumes de données et à garder des copies de sauvegarde hors ligne. Le délai pour retrouver un fichier est plus acceptable lorsqu’on consulte rarement les données. Le CERN, par exemple, utilise la bande comme principal support de conservation à long terme des données de ses expériences.

Sources et documents techniques

Histoire de la bande et de la cassette

1. Library of Congress, A Tale of Tape, sur l’enregistrement magnétique et le Magnetophon. Voir aussi la chronologie de BASF et d’IG Farben.
2. Computer History Museum, chronologie des mémoires et du stockage, entrées UNISERVO et IBM 726.
3. Philips Museum, développement de la cassette à Hasselt ; Museumsstiftung Post und Telekommunikation, Philips EL3300 et sa présentation à Berlin ; Larousse, largeur de bande et vitesse de la cassette compacte.
4. Wang 700 au Smithsonian ; Datapoint, 2200 Reference Manual, chap. 8, et Datapro 70, décembre 1976 ; Ecma International, ECMA-34, historique des éditions.
5. Smithsonian, carte d’interface cassette de l’Apple I, 1976.

Manuels et formats informatiques

6. SAVEMA, documentation du MK 50-050, sections I/2, II et III–IV (PDF fourni, p. 3–6). Philips, Philips Technical Review, vol. 31, fig. 3 et 10 sur la tête, le transport et l’azimut.
7. Manfred et Virginia Peschke, BYTE’s Audio Cassette Standards Symposium, BYTE, février 1976, p. 72–73.
8. Sinclair Research, ZX Spectrum BASIC Programming, chap. 20 ; Smithsonian, Commodore PET 2001 ; Commodore, manuel de maintenance des C2N/1530/1531.
9. Le guide du MO5, Cédic/Nathan, 2^e éd., 1985, p. 95–100 et 210–211 ; EPI, présentation du plan Informatique pour tous, janvier 1985. Voir aussi le BBC Microcomputer User Guide, chap. 5, sur l’index des programmes au compteur, et le guide de numérisation de North West Sound Heritage, § 4.1.2, sur les pistes des deux faces.
10. SAVEMA, documentation du MK 97-070, sections III/1 et III/2 (PDF fourni, p. 5–6), et documentation du MK 90-090, principe de fonctionnement (PDF fourni, p. 7–8).
11. Documentation du format cassette du ZX Spectrum. Daniel Coulom, documentation des cassettes MO, sur la piste audio. Microtom, nº 2, septembre–octobre 1985, p. 46, sur les accompagnements sonores de logiciels MO5.
12. Science Museum Group, collection de cassettes de jeux et d’initiation. UvA Computer Museum, The Best of Basicode 5, avec un extrait de signal. La cassette de Pulsar 2 est photographiée dans l’article sur le MO5 cité plus haut.