1. Introduction
Un ordinateur est un ensemble de circuits
électroniques permettant de manipuler des données sous forme binaire,
c'est-à-dire sous forme de bits. Le mot
« ordinateur » provient de la société IBM France.
François Girard, alors responsable du service promotion générale publicité de
l'entreprise IBM France, eut l'idée de consulter son ancien professeur de
lettres à Paris, afin de lui demander de proposer un mot caractérisant le mieux
possible ce que l'on appelait vulgairement un « calculateur »
(traduction littérale du mot anglais « computer »).
Ainsi, Jaques Perret, agrégé de lettres, alors professeur de
philologie latine à la
Sorbonne , proposa le 16 avril 1955 le mot « Ordinateur »
en précisant que le mot « Ordinateur » était un adjectif provenant du
Littré signifiant « Dieux mettant de l'ordre dans le monde ».
Ainsi, il expliqua que le concept de « mise en ordre » était tout à
fait adapté.
figure 1.1: schéma de principe d'un ordinateur
2. Types d'ordinateurs
Toute machine capable de manipuler des informations binaires
peut être qualifiée d'ordinateur, toutefois le terme « ordinateur »
est parfois confondu avec la notion d'ordinateur personnel (PC,
abréviation de personal computer), le type d'ordinateur le plus présent
sur le marché. Or il existe beaucoup d'autres types d'ordinateurs (la liste
suivante est non exhaustive) :
Amiga
Atari
Apple Macintosh
Stations Alpha
Stations SUN
Stations Silicon Graphics
La suite de ce dossier, aussi générique soit-elle,
s'applique ainsi plus particulièrement aux ordinateurs de type PC,
appelés aussi ordinateurs compatibles IBM, car IBM est la firme qui a
créé les premiers ordinateurs de ce type et a longtemps (jusqu'en 1987) été le
leader dans ce domaine, à tel point qu'elle contrôlait les standards, copiés
par les autres fabricants.
3. Constitution de l'ordinateur
Un ordinateur est un ensemble de composants électroniques
modulaires, c'est-à-dire des composants pouvant être remplacés par d'autres
composants ayant éventuellement des caractéristiques différentes, capables de
faire fonctionner des programmes informatiques. On parle ainsi de « hardware »
pour désigner l'ensemble des éléments matériels de l'ordinateur et de « software »
pour désigner la partie logicielle.
Les composants
matériels de l'ordinateur sont architecturés autour d'une carte
principale comportant quelques circuits intégrés et beaucoup de composants
électroniques tels que condensateurs, résistances, etc. Tous ces composants
sont soudés sur la carte et sont reliés par les connexions du circuit imprimé et
par un grand nombre de connecteurs : cette carte est appelée carte mère.
La carte mère
est logée dans un boîtier
(ou châssis), comportant des emplacements pour les périphériques de
stockage sur la face avant, ainsi que des boutons permettant de contrôler la
mise sous tension de l'ordinateur et un certain nombre de voyants permettant de
vérifier l'état de marche de l'appareil et l'activité des disques durs. Sur la
face arrière, le boîtier présente des ouvertures en vis-à-vis des cartes
d'extension et des interfaces d'entrée-sortie connectées sur la carte mère.
Enfin, le boîtier héberge un bloc d'alimentation
électrique (appelé communément alimentation), chargé de fournir un
courant électrique stable et continu à l'ensemble des éléments constitutifs de
l'ordinateur. L'alimentation sert donc à convertir le courant alternatif du
réseau électrique (220 ou 110 Volts) en une tension continue de 5 Volts pour
les composants de l'ordinateur et de 12 volts pour certains périphériques
internes (disques, lecteurs de CD-ROM, ...). Le bloc d'alimentation est
caractérisé par sa puissance, qui conditionne le nombre de périphériques que
l'ordinateur est capable d'alimenter. La puissance du bloc d'alimentation est
généralement comprise entre 200 et 450 Watts.
On appelle « unité centrale », l'ensemble
composé du boîtier et des éléments qu'il contient. Les éléments externes à
l'unité centrale sont appelés périphériques.
L'unité centrale doit être connectée à un ensemble de
périphériques externes. Un ordinateur est généralement composé au minimum d'une
unité centrale, d'un écran
(moniteur), d'un clavier
et d'une souris,
mais il est possible de connecter une grande diversité de périphériques sur les
interfaces d'entrée-sortie (ports séries, port parallèle,
port USB, port firewire,
etc.) :
Appareil photo ou caméra numérique,
Assistant
Personnel (PDA), etc.
3.1.
La carte mère
L'élément constitutif principal de l'ordinateur est la carte
mère (en anglais « mainboard » ou « motherboard »,
parfois abrégé en « mobo »). La carte mère est le socle
permettant la connexion de l'ensemble des éléments essentiels de l'ordinateur.
Caractéristiques
Il existe plusieurs façons de caractériser une carte mère,
notamment selon les caractéristiques suivantes :
Le facteur
d'encombrement,
Le chipset,
Le type de
support de processeur,
Les connecteurs
d'entrée-sortie.
Le facteur d'encombrement,
On désigne généralement par le terme « facteur
d'encombrement » (ou facteur de forme, en anglais form
factor), la géométrie, les dimensions, l'agencement et les caractéristiques
électriques de la carte mère. Afin de fournir des cartes mères pouvant
s'adapter dans différents boîtiers de marques différentes, des standards ont
été mis au point :
Facteur de forme
|
Dimensions
|
Emplacements
|
ATX
|
AGP / 6 PCI
|
|
microATX
|
AGP / 3 PCI
|
|
FlexATX
|
AGP / 2 PCI
|
|
Mini ATX
|
AGP / 4 PCI
|
|
Mini ITX
|
1 PCI
|
|
Nano ITX
|
1 MiniPCI
|
|
BTX
|
7
|
|
microBTX
|
4
|
|
picoBTX
|
1
|
3.2.
Le chipset
Le chipset (traduisez jeu de composants ou jeu
de circuits) est un circuit électronique chargé de coordonner les échanges
de données entre les divers composants de l'ordinateur (processeur,
mémoire...). Dans la mesure où le chipset est intégré à la carte mère, il est
important de choisir une carte mère intégrant un chipset récent afin de
maximiser les possibilités d'évolutivité de l'ordinateur.
Certains chipsets intègrent parfois une puce graphique ou
une puce audio, ce qui signifie qu'il n'est pas nécessaire d'installer une
carte graphique ou une carte son. Il est toutefois parfois conseillé de les désactiver
(lorsque cela est possible) dans le setup du BIOS et d'installer des
cartes d'extension de qualité dans les emplacements prévus à cet effet.
3.3.
L'horloge et la pile du
CMOS
L'horloge temps réel (notée RTC, pour Real
Time Clock) est un circuit chargé de la synchronisation des signaux du
système. Elle est constituée d'un cristal qui, en vibrant, donne des impulsions
(appelés tops d'horloge) afin de cadencer le système. On appelle fréquence
de l'horloge (exprimée en MHz) le nombre de vibrations du cristal
par seconde, c'est-à-dire le nombre de tops d'horloge émis par seconde.
Plus la fréquence est élevée, plus le système peut traiter d'informations.
Lorsque l'ordinateur est mis hors tension, l'alimentation
cesse de fournir du courant à la carte mère. Or, lorsque l'ordinateur est
rebranché, le système est toujours à l'heure. Un circuit électronique, appelé CMOS
(Complementary Metal-Oxyde Semiconductor, parfois appelé BIOS CMOS),
conserve en effet certaines informations sur le système, telles que l'heure, la
date système et quelques paramètres essentiels du système.
Le CMOS est continuellement alimenté par une pile (au format
pile bouton) ou une batterie située sur la carte mère. Ainsi, les informations
sur le matériel installé dans l'ordinateur (comme par exemple le nombre de
pistes, de secteurs de chaque disque dur) sont conservées dans le CMOS. Dans la
mesure où le CMOS est une mémoire lente, certains systèmes recopient parfois le
contenu du CMOS dans la RAM
(mémoire rapide), le terme de « memory shadow » est employé
pour décrire ce processus de copie en mémoire vive.
Le « complémentary metal-oxyde semiconductor »,
est une technologie de fabrication de transistors, précédée de bien d'autres,
telles que la TTL
(« Transistor-transistor-logique »), la TTLS (TTL Schottky)
(plus rapide), ou encore le NMOS (canal négatif) et le PMOS
(canal positif).
Le CMOS a permis de mettre des canaux complémentaires sur
une même puce. Par rapport à la
TTL ou TTLS, le CMOS est beaucoup moins rapide, mais a
consomme en revanche infiniment moins d'énergie, d'où son emploi dans les
horloges d'ordinateurs, qui sont alimentées par des piles. Le terme de CMOS est
parfois utilisé à tort pour désigner l'horloge des ordinateurs.
3.4.
Le BIOS
Le BIOS
(Basic Input/Output System) est le programme basique servant d'interface
entre le système d'exploitation et la carte mère. Le BIOS est stocké dans une ROM
(mémoire morte, c'est-à-dire une mémoire en lecture seule), ainsi il utilise
les données contenues dans le CMOS pour connaître la configuration
matérielle du système.
Il est possible de configurer le BIOS grâce à une interface
(nommée BIOS setup, traduisez configuration du BIOS) accessible
au démarrage de l'ordinateur par simple pression d'une touche (généralement la
touche Suppr. En réalité le setup du BIOS sert uniquement d'interface
pour la configuration, les données sont stockées dans le CMOS. Pour plus
d'informations n'hésitez pas à vous reporter au manuel de votre carte mère).
3.5.
Le support de processeur
Le processeur (CPU, pour Central Processing
Unit, soit Unité Centrale de Traitement) est le cerveau de
l'ordinateur. Il permet de manipuler des informations numériques,
c'est-à-dire des informations codées sous forme binaire, et
d'exécuter les instructions stockées en mémoire.
Le premier microprocesseur (Intel 4004) a été inventé
en 1971. Il s'agissait d'une unité de calcul de 4 bits, cadencé à 108 kHz. Depuis,
la puissance des microprocesseurs augmente exponentiellement. Quels sont donc
ces petits morceaux de silicium qui dirigent nos ordinateurs?
Fonctionnement
Le processeur (noté CPU, pour Central
Processing Unit) est un circuit électronique cadencé au rythme d'une
horloge interne, grâce à un cristal de quartz qui, soumis à un courant
électrique, envoie des impulsions, appelées « top ». La fréquence
d'horloge (appelée également cycle, correspondant au nombre
d'impulsions par seconde, s'exprime en Hertz (Hz). Ainsi, un ordinateur à 200
MHz possède une horloge envoyant 200 000 000 de battements par seconde. La
fréquence d'horloge est généralement un multiple de la fréquence du système (FSB,
Front-Side Bus), c'est-à-dire un multiple de la fréquence de la carte mère
A chaque top d'horloge le processeur exécute une action,
correspondant à une instruction ou une partie d'instruction. L'indicateur
appelé CPI (Cycles Par Instruction) permet de représenter le
nombre moyen de cycles d’horloge nécessaire à l’exécution d’une instruction sur
un microprocesseur. La puissance du processeur peut ainsi être caractérisée par
le nombre d'instructions qu'il est capable de traiter par seconde. L'unité
utilisée est le MIPS (Millions d'Instructions Par Seconde) correspondant
à la fréquence du processeur que divise le CPI.
Instruction
Une instruction est l'opération élémentaire que le
processeur peut accomplir. Les instructions sont stockées dans la mémoire principale,
en vue d'être traitée par le processeur. Une instruction est composée de deux
champs :
Le code opération, représentant
l'action que le processeur doit accomplir ;
Le code opérande, définissant les
paramètres de l'action. Le code opérande dépend de l'opération. Il peut s'agir
d'une donnée ou bien d'une adresse mémoire.
La carte mère possède un emplacement (parfois plusieurs dans
le cas de cartes mères multi-processeurs) pour accueillir le processeur, appelé
support de processeur.
On distingue deux
catégories de supports :
Slot (en français fente) : il
s'agit d'un connecteur rectangulaire dans lequel on enfiche le processeur
verticalement
Socket (en français embase) : il
s'agit d'un connecteur carré possédant un grand nombre de petits connecteurs
sur lequel le processeur vient directement s'enficher
Au sein de ces deux grandes familles, il existe des
version différentes du support, selon le type de processeur. Il est essentiel,
quel que soit le support, de brancher délicatement le processeur afin de ne
tordre aucune de ses broches (il en compte plusieurs centaines). Afin de
faciliter son insertion, un support appelé ZIF (Zero Insertion Force,
traduisez force d'insertion nulle) a été créé. Les supports ZIF
possèdent une petite manette, qui, lorsqu'elle est levée, permet l'insertion du
processeur sans aucune pression et, lorsqu'elle est rabaissée, maintient le
processeur sur son support.
Le processeur possède généralement un détrompeur,
matérialisé par un coin tronqué ou une marque de couleur, devant être aligné
avec la marque correspondante sur le support.
Dans la mesure où le processeur rayonne thermiquement,
il est nécessaire d'en dissiper la chaleur pour éviter que ses circuits ne
fondent. C'est la raison pour laquelle il est généralement surmonté d'un dissipateur
thermique (appelé parfois refroidisseur ou radiateur),
composé d'un métal ayant une bonne conduction thermique (cuivre ou aluminium),
chargé d'augmenter la surface d'échange thermique du microprocesseur. Le
dissipateur thermique comporte une base en contact avec le processeur et des
ailettes afin d'augmenter la surface d'échange thermique. Un ventilateur
accompagne généralement le dissipateur pour améliorer la circulation de l'air
autour du dissipateur et améliorer l'échange de chaleur. Le terme « ventirad »
est ainsi parfois utilisé pour désigner l'ensemble Ventilateur + Radiateur.
C'est le ventilateur du boîtier qui est chargé d'extraire l'air chaud du
boîtier et permettre à l'air frais provenant de l'extérieur d'y entrer.
3.6.
Les connecteurs de mémoire
vive
La mémoire
vive (RAM pour Random Access Memory) permet de stocker des
informations pendant tout le temps de fonctionnement de l'ordinateur, son
contenu est par contre détruit dès lors que l'ordinateur est éteint ou
redémarré, contrairement à une mémoire de masse telle que le disque dur,
capable de garder les informations même lorsqu'il est hors tension. On parle de
« volatilité » pour désigner ce phénomène.
Pourquoi alors utiliser de la mémoire vive alors que les
disques durs reviennent moins chers à capacité égale ? La réponse est que la
mémoire vive est extrêmement rapide par comparaison aux périphériques de
stockage de masse tels que le disque dur. Elle possède en effet un temps de
réponse de l'ordre de quelques dizaines de nanosecondes (environ 70 pour la DRAM , 60 pour la RAM EDO , et 10 pour la SDRAM voire 6 ns sur les
SDRam DDR) contre quelques millisecondes pour le disque dur.
La mémoire vive se présente sous la forme de barrettes qui
se branchent sur les connecteurs de la carte mère.
3.7.
Les connecteurs d'extension
Les connecteurs d'extension (en anglais slots)
sont des réceptacles dans lesquels il est possible d'insérer des cartes
d'extension, c'est-à-dire des cartes offrant de nouvelles fonctionnalités ou de
meilleures performances à l'ordinateur. Il existe plusieurs sortes de
connecteurs :
Connecteur ISA (Industry
Standard Architecture) : permettant de connecter des cartes ISA, les plus
lentes fonctionnant en 16-bit
Connecteur VLB (Vesa
Local Bus): Bus servant autrefois à connecter des cartes graphiques
Connecteur PCI (Peripheral
Component InterConnect) : permettant de connecter des cartes PCI, beaucoup
plus rapides que les cartes ISA et fonctionnant en 32-bit
Connecteur AGP (Accelerated
Graphic Port): un connecteur rapide pour carte graphique.
Connecteur PCI Express (Peripheral
Component InterConnect Exress) : architecture de bus plus rapide que les
bus AGP et PCI.
Connecteur AMR (Audio Modem Riser): ce type de
connecteur permet de brancher des mini-cartes sur les PC en étant équipés
3.8.
Les connecteurs
d'entrée-sortie
La carte mère possède un certain nombre de connecteurs
d'entrées-sorties regroupés sur le « panneau arrière ».
La plupart des cartes mères proposent les connecteurs
suivants :
Port
série, permettant de connecter de vieux périphériques ;
Port
parallèle, permettant notamment de connecter de vieilles imprimantes ;
Ports
USB (1.1, bas débit, ou 2.0, haut débit), permettant de connecter des
périphériques plus récents ;
Connecteur RJ45 (appelés LAN ou port
ethernet) permettant de connecter l'ordinateur à un réseau. Il correspond à
une carte
réseau intégrée à la carte mère ;
Connecteur VGA (appelé SUB-D15), permettant de
connecter un écran. Ce connecteur correspond à la carte graphique
intégrée ;
Prises audio (entrée Line-In, sortie
Line-Out et microphone), permettant de connecter des enceintes
acoustiques ou une chaîne hi fi, ainsi qu'un microphone. Ce connecteur
correspond à la carte
son intégrée.
3.9.
Le boîtier
Le boîtier (ou châssis) de l'ordinateur est le
squelette métallique abritant ses différents composants internes. Les boîtiers
ont par ailleurs d'autres utilités telles que l'isolement phonique ou la
protection contre les rayonnements électromagnétiques. Ainsi des normes
existent afin de garantir un niveau de protection conforme à la réglementation
en vigueur.
Les éléments de choix principaux d'un boîtier sont son
facteur de forme, ses dimensions, le nombre d'emplacements pour des lecteurs,
son alimentation, la connectique en façade et enfin son design et ses couleurs.
Ainsi, si les boîtiers se ressemblaient tous aux débuts du PC, il existe
aujourd'hui des boîtiers de toutes les formes, parfois même transparents afin
de permettre aux utilisateurs de faire du tuning à l'aide par exemple de néons.
Bloc d'alimentation
La plupart des boîtiers sont fournis avec un bloc
d'alimentation (en anglais power supply). L'alimentation permet de
fournir du courant électrique à l'ensemble des composants de l'ordinateur. Aux
Etats-Unis les blocs d'alimentation délivrent un courant à 110V et à 60 Hz,
tandis qu'en Europe la norme est 220V à une fréquence de 50 Hz, c'est la raison
pour laquelle les blocs d'alimentation possèdent la plupart du temps un
commutateur permettant de choisir le type de tension à délivrer.
Il est essentiel de s'assurer que le commutateur est bien
positionné sur le bon voltage afin de ne pas risquer de détériorer des éléments
de l'unité centrale.
Le bloc d'alimentation doit posséder une puissance
suffisante pour alimenter les périphériques de l'ordinateur.
3.10. MEMOIRE
Rôle de la mémoire
On appelle « mémoire » tout composant électronique
capable de stocker temporairement des données. On distingue ainsi deux grandes
catégories de mémoires :
La mémoire centrale (appelée
également mémoire interne) permettant de mémoriser temporairement les
données lors de l'exécution des programmes. La mémoire centrale est réalisée à
l'aide de micro-conducteurs, c'est-à-dire des circuits électroniques
spécialisés rapides. La mémoire centrale correspond à ce que l'on appelle la mémoire vive.
La mémoire de masse (appelée
également mémoire physique ou mémoire externe) permettant de
stocker des informations à long terme, y compris lors de l'arrêt de
l'ordinateur. La mémoire de masse correspond aux dispositifs de stockage
magnétiques, tels que le disque
dur, aux dispositifs de stockage optique, correspondant par exemple aux CD-ROM ou aux DVD-ROM.
Caractéristiques techniques
Les principales caractéristiques d'une mémoire sont les
suivantes :
La capacité, représentant le volume global
d'informations (en bits) que la mémoire peut stocker ;
Le temps d'accès, correspondant à l'intervalle de
temps entre la demande de lecture/écriture et la disponibilité de la donnée ;
Le temps de cycle, représentant l'intervalle de temps
minimum entre deux accès successifs ;
Le débit, définissant le volume d'information échangé
par unité de temps, exprimé en bits par seconde ;
La non volatilité caractérisant l'aptitude d'une
mémoire à conserver les données lorsqu'elle n'est plus alimentée
électriquement.
Ainsi, la mémoire idéale possède une grande capacité avec
des temps d'accès et temps de cycle très restreints, un débit élevé et est non
volatile.
Néanmoins les mémoires rapides sont également les plus
onéreuses. C'est la raison pour laquelle des mémoire utilisant différentes
technologiques sont utilisées dans un ordinateur, interfacées les unes avec les
autres et organisées de façon hiérarchique.
Types de mémoires
3.11. Mémoire vive (RAM)
La mémoire vive, généralement appelée RAM (Random
Access Memory, traduisez mémoire à accès direct), est la mémoire
principale du système, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un espace permettant de
stocker de manière temporaire des données lors de l'exécution d'un programme.
En effet, contrairement au stockage de données sur une
mémoire de masse telle que le disque dur, la mémoire vive est volatile,
c'est-à-dire qu'elle permet uniquement de stocker des données tant qu'elle est
alimentée électriquement. Ainsi, à chaque fois que l'ordinateur est éteint,
toutes les données présentes en mémoire sont irrémédiablement effacées.
On distingue généralement deux grandes catégories de
mémoires vives :
Les mémoires dynamiques (DRAM, Dynamic
Random Access Module), peu coûteuses. Elles sont principalement utilisées
pour la mémoire centrale de l'ordinateur ;
Les mémoires statiques (SRAM, Static Random
Access Module), rapides et onéreuses. Les SRAM sont notamment utilisées
pour les mémoires cache du processeur ;
Fonctionnement de la mémoire vive
La mémoire vive est constituée de centaines de milliers de
petits condensateurs emmagasinant des charges. Lorsqu'il est chargé,
l'état logique du condensateur est égal à 1, dans le cas contraire il est à 0,
ce qui signifie que chaque condensateur représente un bit de la mémoire.
Etant donné que les condensateurs se déchargent, il faut
constamment les recharger (le terme exact est rafraîchir, en anglais refresh)
à un intervalle de temps régulier appelé cycle de rafraîchissement. Les
mémoires DRAM nécessitent par exemple des cycles de rafraîchissement est
d'environ 15 nanosecondes (ns).
Chaque condensateur est couplé à un transistor (de type MOS)
permettant de « récupérer » ou de modifier l'état du condensateur. Ces
transistors sont rangés sous forme de tableau (matrice), c'est-à-dire que l'on
accède à une case mémoire (aussi appelée point mémoire) par une
ligne et une colonne.
mrc pr tt c information ;)
RépondreSupprimer