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Architecture des composants de l'ordinateur (PC)

Boîtier (Unité centrale)

Le boîtier n'est pas qu'une simple boîte destinée à contenir tous les éléments internes de votre PC. La carte-mère et les périphériques internes étant fixés sur lui ( carte graphique, disque dur, etc...), son choix devient donc primordial pour assurer une certaine évolutivité à votre machine flambant neuve (ou pas).

Bien qu'ils se ressemblent de part leurs formes, les boîtiers sont en fait bien différents et se différencient par certains critères :

Le format :Il existe différents formats de boîtiers conçus au fur et à mesure des années :

Le format AT :

Le format ATX :

Le format ATX 2.0 :

Le format BTX :

Inventé par Intel, le format BTX permet d'améliorer encore la circulation de l'air dans le boîtier.

Le format Mini-ITX :

Il s'agit de plateformes à faible consommation d'énergie, de faibles dimensions (17cm*17cm pour une carte-mère au format mini ITX). Ces plateformes peuvent être des mini PC ou encore des PC plats ne comportant pas de lecteur CD par exemple.

Le montage de votre PC sera également grandement facilité avec un boîtier bien conçu, car ils intègrent généralement des mécanismes permettant de monter les lecteurs de disques durs ou de DVD Rom en les clipsant, sans vis. Ces systèmes offrent une bonne résistance et permettent en plus d'éviter les vibrations, ce qui ne peut que rendre la configuratin plus silencieuse.

Boîtier Informatique

La carte-mère

Présentation de la carte-mère

La carte-mère est le système nerveux du pc. C'est sur elle que sont assemblés tous les éléments (ou presque) de votre ordinateur. Son choix est primordial si vous souhaitez pouvoir faire évoluer votre configuration à moindre coût. Une bonne carte-mère vous permettra également de profiter au maximum de vos périphériques qui ne seront pas limités par une carte d'entrée de gamme peu performante. Nous allons maintenant voir de quoi est composée une carte-mère, et pourquoi les éléments qui la composent sont si importants :

Le chipset

Le chipsetLe chipset (aussi appelé jeu de composants) est la plateforme centrale de la carte. Il va coordonner les échanges de données entre le processeur et les divers périphériques. Sans un bon chipset, votre PC ne pourra évoluer facilement et à moindre coût. Certains chipsets intègrent une puce graphique, audio, réseau, modem, etc. Cela veut dire qu'il n'est pas nécessaire d'acheter ces composants car ils se trouvent déjà sur la carte-mère, soudés. Toutefois, mieux vaut désactiver ces composants généralement peu performants (surtout en ce qui concerne les chipsets graphiques, bien que les progrès des chipsets dernières générations soient notables) et en installer de véritables. Cela coûtera plus cher mais vous ne le regretterez pas. Voici un diagramme d'un chipset, on y distingue le northbridge et le southbridge :

C'est également lui qui va vous permettre de bénéficier de fonctions très intéressantes qui ne sont pas disponibles sur tous les chipsets.

Voici quelques fonctions intéressantes :

Le SATA

Le NCQ (native command queueing)

Le RAID

L'High definition audio

Le PCI express :

Développé par Intel, ce nouveau bus est destiné à remplacer les bus PCI et AGP. Il existe différentes vitesses et différents ports associés pour le PCI express :

Le PCI Express 1X : sa bande passante est de 250 Mo/s (presque le double de celle du bus PCI)
Le PCI Express 2X : sa bande passante est de 500 Mo/s
Le PCI Express 4X : sa bande passante est d'1 Go/s
Le PCI Express 8X : sa bande passante est de 2 Go/s
Le PCI Express 16X : sa bande passante est de 4 Go/s (le double de celle de l'AGP 8X)

L'USB 2

Le BIOS :

Le BIOS :Le BIOS (Basic Input Output System) est présent sur toutes les cartes-mères. Il permet au PC de booter (démarrer) et d'initialiser les périphériques avant de passer le relais au système d'exploitation (Windows, Linux...). Tous les BIOS ne se valent pas, ainsi il est fréquent de ne pas pouvoir avoir accès aux fonctions avancées du BIOS sur un PC de grande marque (réglage de la vitesse du processeur, de son voltage, désactivation de périphériques intégrés...).

L'horloge temps réel :

C'est un circuit chargé de la synchronisation des signaux du système. Elle est constituée d'un cristal qui, en vibrant, donne des impulsions afin de cadencer le système.

La pile du CMOS :

Lorsque vous éteignez l'ordinateur, il conserve l'heure et tous les paramètres qui lui permettent de démarrer correctement. Cela vient d'une pile plate au format pile bouton.

Les ports PCI, AGP et PCI Express, et les fréquences de bus associées :

Une carte-mère comporte un certain nombre de ports destinés à connecter différents périphériques.

Voici les plus connus :

Le port PCI : Cadencé à 33 MHz et pouvant transporter 32 bit de données par cycle d'horloge (64 sur les systèmes 64 bit), le port PCI est encore utilisé dans les configurations les plus récentes.

Voici différents débits du port PCI en fonction de sa fréquence et de la largeur du bus de données (on prendra 1Mo = 1024 octets):

PCI cadencé à 33 MHz en 32 bit : 125 Mo/s maximum
PCI cadencé à 33 MHz en 64 bit : 250 Mo/s maximum
PCI cadencé à 66 MHz en 32 bit : 250 Mo/s maximum
PCI cadencé à 66 MHz en 64 bit : 500 Mo/s maximum

Le port AGP : Il a un bus plus rapide que le bus PCI (allant jusqu'à 64 bit et 66 MHz). Il existe en différentes versions :

AGP 1x, AGP 2x, AGP 4x, AGP 8x

Le port PCI Express : 

le PCI Express 1X, ... 16X.

C'est le remplaçant des bus PCI et AGP (voir plus haut pour les spécifications de vitesses).

Le socket :

Le port destiné au processeur (socket) ne cesse d'évoluer. Il est passé du socket 7 (processeurs Pentiums), au slot 1 chez INTEL et au slot A chez AMD. Mais il fait un retour en force, sous forme de socket 478 et 775 chez INTEL et socket 462 puis 939 chez AMD. Les chiffres correspondent au nombre de trous du socket.

Les bus :

Un bus est un circuit intégré à la carte-mère qui assure la circulation des données entre les différents éléments du PC ( mémoire vive, carte graphique, USB, etc...). On caractérise un bus par sa fréquence (cadence de transmission des bits) et sa largueur (nombre de bits pouvant être transmis simultanément).

Le bus système : appelé aussi FSB pour Front Side Bus, c'est le bus qui assure le transport de données entre le processeur et la mémoire vive.

Carte mère ATX

Le processeur

Présentation du processeur

Un processeur (aussi appelé microprocesseur ou CPU pour Central Processing Unit) est le coeur de l'ordinateur. Ce composant a été inventé par Intel (avec le modèle 4004) en 1971. Il est chargé de traiter les informations et d'exécuter les instructions. Il ne sait communiquer qu'avec le reste de l'ordinateur via le langage binaire.

Lorsqu'un processeur a besoin d'exécuter des instructions, il le fait toujours dans l'ordre suivant :

  • Recherche de l'instruction (fetch),
  •  Lecture de l'instruction,
  •  Décodage de l'instruction,
  •  Exécution de l'instruction,

Les registres :

Un registre est une petite mémoire de taille raisonnable (variant généralement de 32 à 128 bit).

La technologie 64 bit :

Avec les nouveaux processeurs 64 bits (X86-64), la taille de différents registres est passée de 32 à 64 bit, avec plusieurs avantages à la clé.

Micro-architecture interne:

Tous les processeurs sont composés de ces éléments :

L'UAL (unité arithmétique et logique, aussi appelée ALU) : c'est l'unité de calcul qui gère ce qui porte sur des nombres entiers.
La FPU (Floating Point Unit) est l'unité de traitement des nombres à virgules (aussi appelés nombres flottants).
Le SEQ (séquenceur) : cet organe traduit les instructions compliquées en instructions plus simples pour permettre au processeur de les traiter.
L'unité d'exécution : son rôle est d'exécuter les tâches que lui a envoyé l'unité d'instruction.
L'unité de gestion des bus : elle permet de gérer les informations entrantes et sortantes.

Différenciation des microprocesseurs

Les processeurs se différencient la plupart du temps uniquement par leur marque et leur fréquence (tout du moins dans les grandes surfaces). En réalité, il existe de nombreux facteurs agissant sur leurs performances :

Leur fréquence (vitesse de traitement maximale si vous préférez).

Cette fréquence s'exprime en MHz (Méga-hertz) ou GHz (Giga-hertz).

 La fréquance s'obtient en multipliant la fréquence du FSB (Front Side Bus aussi appelé Bus système) par un coefficient multiplicateur.

La fréquence de leur FSB : plus cette fréquence est élevée, meilleures sont les performances (à familles de processeurs égales).

Le pipeline

Le pipeline permet de commencer à traiter l'instruction suivante avant d'avoir terminé la précédente via un mécanisme de "travail à la chaîne".

L'architecture super scalaire :Cette astuce consiste à doubler le nombre d'unités de traitement pour traiter plusieurs instructions par cycle.

L'hyperthreading : L'hyperthreading consiste à émuler au sein d'un seul processeur physique deux processeurs logiques, ce qui permet de gaver le processeur de plus d'instructions et améliorer son rendement :

Le dual core ou quad core (et plus généralement le multicore)

Technologie récente et à la mode, le dual core consiste à mettre "deux processeurs en un" même si en pratique ce n'est pas tout à fait ça. l'optimisation des performances passe désormais de l'ajout de cores et par l'optimisation du rendement. Avec le dual core on peut en théorie doubler les performances sans changer la fréquence.

CPU: AMD, Intel Core 2 Duo

La mémoire

Représentation de la mémoire

La mémoire se présente sous forme de composants électroniques ayant la capacité de retenir des informations (les informations étant de type binaire, 0 ou 1).

Les différents types de mémoireOn distingue deux grands types de mémoire :

La mémoire vive (ou RAM pour Random Access Memory): cette mémoire perd ses données si elles ne sont pas rafraîchies régulièrement, on appelle ce type de mémoire de la mémoire dynamique.
La mémoire morte (ou ROM pour Read Only Memory) : cette mémoire ne perd pas ses données (sauf par des techniques de réécriture, comme le flashage pour les mémoires flash), même si elle n'est pas rafraîchie. On appelle les mémoires n'ayant pas besoin d'être rafraîchies pour conserver leurs informations des mémoires statiques. Elles sont composées de bascules électroniques et permettent de stocker plus d'informations à espace identique comparé aux mémoires dynamiques.

Les types de ROM :

ROM :  Ce genre de mémoire n'est plus utilisé aujourd'hui.
PROM (Programmable Read Only Memory) : Ces mémoires ne peuvent être programmées qu'une fois.
EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) :                       EEPROM (Electrically Erasable read Only Memory) : Ce sont aussi des

Les types de RAM :

Les barrettes au format SIMM (single Inline Memory Module) :

Les barrettes SIMM à 30 connecteurs qui sont des mémoires 8 bits. Elles équipaient les premières générations de PC (286, 386).
Les barrettes SIMM à 72 connecteurs sont des mémoires capables de gérer 32 bits de données simultanément. Ces mémoires équipent des PC allant du 386DX aux premiers Pentiums. Sur ces derniers le processeur travaille avec un bus de données d'une largeur de 64 bits, c'est la raison pour laquelle il faut équiper ces ordinateurs par paire de barrettes.

Les barrettes RAMBUS DRAM, qui équipaient pendant un moment les Pentium 4 de première génération. Elle n'est ni au format SIMM (heureusement), ni au format DIMM, mais au format RIMM. Elle dispose d'une largeur de 16 bit.

Les barrettes au format DIMM (Dual InLine Memory Module) : ce sont des mémoires à 64 bit, il n'est donc pas nécessaire de les apparier pour faire fonctionner le système. Les barrettes de SDRAM possèdent 128 broches et un second détrompeur (à la différence de la DDR).

Elle existe en différentes versions :

PC 66 (prévue pour fonctionner à 66 MHz maximum)
PC 100 (prévue pour 100 MHz maximum)
PC 133 (prévue pour 133 MHz maximum)

La DDR (ou SDRAM DDR pour Double Data Rate). C'est une variante de la SDRAM. Elle prend en compte les fronts montants et descendants du bus système. Cela permet de doubler le taux de transfert. Il existe plusieurs types de barrettes DDR.

Barrette mémoires: DDR

Le disque dur

Présentation du disque dur

Le disque dur est l'organe du PC servant à conserver les données de manière permanente, même lorsque le PC est hors tension, contrairement à la mémoire vive, qui s'efface à chaque redémarrage de l'ordinateur, c'est la raison pour laquelle on parle de mémoire de masse.

Constitution

Un disque dur est constitué de plusieurs disques rigides en métal, verre ou en céramique appelés plateaux et empilés les uns sur les autres avec une très faible distanced'écart.                                                                                                                                
Les données sont stockés sur le disque dur sous forme analogique sur une fine couche magnétique de quelques microns d'épaisseur recouverte d'un film protecteur.

La lecture et l'écriture se font grâce à des têtes de lecture/écriture situées de part et d'autre de chacun des plateaux et fixées sur un axe.

Un cylindre correspond donc à l'ensemble des données situées sur une même colonne parmi tous les plateaux.

L'ensemble de cette mécanique de précision est contenue dans un boitier totalement hermétique, car la moindre particule peut détériorer l'état de surface du disque dur.

Pistes et secteurs

Les données d'un disque dur sont inscrites sur des pistes disposées en cercles concentriques autour de l'axe de rotation.  On appelle cylindre l'ensemble des pistes réparties sur les faces de chaque plateau et situées à la même distance de l'axe de rotation.

Un disque dur se différencie par :

  • Sa capacité exprimée en Go,
  • Sa densité exprimée en Go par plateau,
  • Sa vitesse de rotation exprimée en tours minutes,
  • Son temps d'accès exprimé en millisecondes,
  • Son interface, IDE, SCSI ou SATA,
  • Son taux de transfert moyen exprimé en Mo par seconde.                          

La densité d'informations

La densité est la quantité d'informations que vous pouvez stocker sur une surface donnée.                                                                                                                   
Le temps d'accès C'est le temps moyen que mettent les têtes de lecture pour trouver les informations.

Le temps de latence dépend uniquement de la vitesse de rotation du disque, puisqu'il représente le temps nécessaire pour trouver des données suite à un changement de piste (si la donnée se trouve un tour ou un quart de tour plus loin par exemple).

Interfaces et bus

Il existe trois interfaces pour disques durs : l'interface IDE, SATA et SCSI.

L'interface IDE :

L'IDE est une interface qui permet de connecter jusqu'à 4 unités simultanément ( disque dur, lecteur cd, etc...).

L'interface SATA :

L'interface SATA (pour Serial ATA) est une évolution de l'IDE. La transmission des données se fait par un bus série et non parallèle, ce qui explique les faibles dimensions des nappes de ces disques durs.

L'interface SCSI :

Le SCSI est une interface qui permet la prise en charge d'un nombre plus important d'unités (disques durs, CD-ROM, etc..., que l'IDE).

Elle est surtout utilisée pour sa stabilité au niveau du taux de transfert.

Voici les principales normes SCSI actuelles avec leur débit :

Ultra Wide SCSI-2 : 40 Mo/s maximum
Ultra2 Wide SCSI : 80 Mo/s maximum
Ultra3 SCSI : 160 Mo/s maximum
Ultra320 SCSI : 320 Mo/s maximum

Disque ouvert

Disque 3 pouce et démie

 



05/07/2008
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