STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D UN ORDINATEUR

STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D UN ORDINATEUR Définition Un ordinateur est un ensemble des composants électronique, permettant de manipuler des données sous forme binaire, ou bits. Cette machine permet de traiter automatiquement les données, ou informations, selon des séquences d'instructions prédéfinies appelées aussi programmes. Structure général d un ordinateur La figure ci-dessus illustre la structure globale d'un ordinateur individuel. Ses principales composantes sont le processeur, la mémoire centrale et les unités d'échange. Le processeur est "l'âme" de l'ordinateur, c'est lui qui effectue les calculs et qui contrôle l'exécution les programmes. La mémoire centrale sert à stocker les programmes et les données en cours de traitement. Il existe d'autres mémoires qui peuvent être extérieures à l'ordinateur : les disques, disquettes, bandes magnétiques, sur lesquelles nous reviendrons plus en détail dans la section suivante. Les unités d'échange permettent la communication entre l'ordinateur et ses auxiliaires, appelés périphériques : clavier, écran, souris, imprimantes, mémoires externes, etc. Processeur, mémoire centrale et unités d'échange communiquent entre eux par un ensemble de connexions appelé bus. Professeur El Khatir HAIMOUDI Page 1

Les composants d un ordinateur Unité centrale Une unité centrale désigne le boîtier de l ordinateur et tous les éléments qu'il contient : 1) La carte mère, 2) Le processeur, 3) La mémoire vive, 4) Le disque dur, 5) L'alimentation, 6) La carte graphique, 7) Le lecteur / graveur, 8) La carte sonore, à l'exception des périphériques externes : écran, imprimante, etc. Les technologies de boîtiers Les formats physiques de châssis Le format des boîtiers de PC dépend du format de la carte mère. La toute dernière norme Intel de boîtier, appelée à succéder à l ATX, est le BTX (qui se décline en BTX, Micro-BTX, Nano-BTX, Pico- BTX). Ces boîtiers sont mieux conçus du point de vue du refroidissement et placement des composants, mais pour l instant le type ATX reste largement le format dominant. Notez que les formats de carte mère ATX et BTX sont incompatibles. Par contre, une alimentation ATX peut s employer dans un boîtier BTX. Professeur El Khatir HAIMOUDI Page 2

Boitier ATX Professeur El Khatir HAIMOUDI Page 3

L alimentation L'alimentation a pour rôle d'assurer la fourniture en électricité à tous les composants d un ordinateur. C'est un élément important puisque les tensions délivrées doivent rester stables même lorsque l'alimentation est très sollicitée. Les caractéristiques principales Puissance : 950 Watt Nombre de ventilateurs : Ventilateur unique Les propriétés Block d alimentation Sortie Courant Continue : +3.3V @ 25A, +5V @ 25A, +5V @ 6A, +12V @ 30A, +12V @ 30A, -12V @ 0.6A. Professeur El Khatir HAIMOUDI Page 4

La carte mère (Motherboard) La carte mère est le corps principal de l'ordinateur. C'est sur elle que se connectent le processeur, les barrettes de mémoire, la carte graphique et les autres éléments matériels, afin d'assurer la bonne communication entre les différents composants et le système d'exploitation. Carte mère 1 : Socket ou slot du processeur 2 : Prise de l'alimentation électrique de la carte mère (ici du 24 broches) 3 : Prise de l'alimentation électrique du ventilateur du processeur 4 : voir détail sur l'image ci-dessous 5 : Slot(s) mémoire (ici pour DDR2-SDRAM sur 240 broches) 6 : Port IDE 7 : Port Floppy 8 : Port PCI Express 16x 9 : Port PCI Express 1x 10 : Port PCI 11 : Pile 12 : Chipset 13 : Port Serial ATA 14 : Port USB interne 1 : Port PS/2 souris 2 : Port PS/2 clavier 3 : Port parallèle 4 : Port série 5 : Port série (sur les nouveaux modèles de carte mère, il n'existe plus qu'un seul port série) 6 : Port Firewire (sur la carte mère présentée ici, l'emplacement est prévue, mais elle est dépourvue de ce port) 7 : Port USB 8 : Port LAN 9 : Port USB 10 : Prise Jack d'entrée de son auxiliaire 11 : Prise Jack de sortie (pour un branchement sur haut-parleurs ou un casque) 12 : Prise Jack d'entrée de son microphone Professeur El Khatir HAIMOUDI Page 5

Microprocesseur Le processeur est l'élément central de l'ordinateur. C'est par lui que transitent toutes les informations et instructions nécessaires au bon fonctionnement des différents éléments entre eux. Description La plupart du temps, il est de forme rectangulaire ou carré. De petite taille pour le micro processeur, il est composé de plusieurs millions de minuscules transistors. Des broches en or lui permettent de se fixer à la carte mère et d'assurer la connexion des informations. De gauche à droite : Processeur simple cœur côté broches, processeur simple cœur côté processeur, processeur dual core côté broches, processeur dual core côté processeur. Notons que les processeurs Dual Core ne sont plus visibles Principales caractéristiques La fréquence : elle se mesure en Mégahertz (MHz) et en Gigahertz (GHz). Plus cette valeur est importante, plus le processeur sera rapide. Mémoires caches : il existe différents types de mémoires caches o Mémoire cache de premier niveau ou L1 Cache (L pour Level) : est composée de deux mémoires, la première décode les instructions provenant de la mémoire vive, la seconde gère les données entre les la mémoire vive et le processeur ; plus ces valeurs sont importantes, et plus les instructions et données seront traitées plus rapidement. o Mémoire cache de deuxième niveau ou L2 Cache (L pour Level) : autrefois embarquée sur la carte mère, elle est à présent située sur le processeur ; cette mémoire fait la transition entre la mémoire interne du processeur et la mémoire vive ; elle est moins rapide que celle de premier niveau. Fréquence du BUS Processeur : taux de transfert des données avec la mémoire. Support du processeur : selon le type de support, le processeur ne peut fonctionner que sur la carte mère qui lui est adaptée. Finesse de la gravure (valeur exprimé en micron) : plus la gravure est fine, plus le processeur sera plat et léger. Professeur El Khatir HAIMOUDI Page 6

La mémoire La mémoire d'un ordinateur se divise elle aussi en mémoire à court terme et mémoire à long terme. La mémoire à court terme, dite aussi mémoire vive ou mémoire centrale : o Elle est constituée de circuits mémorisant situés près de l'organe de traitement (le ``processeur''). o Elle est rapide : une donnée élémentaire peut être lue ou écrite dans cette mémoire en moins d'un millionième de seconde. Elle est volatile : si vous éteignez votre ordinateur, le contenu de la mémoire vive sera perdu. o Elle est limitée : bien que de plus en plus grandes, les mémoires centrales des ordinateurs sont relativement ``petites'' devant la quantité d'informations que l'on doit stocker. Les différents formats de mémoires : Les barrettes mémoires de format SIMM (Single In-line Memory Module) : Ce type de mémoire était utilisé avec les anciens systèmes : les barrettes SIMM à 30 connecteurs (8 bits) équipaient les PC 286 et 386, et les barrettes SIMM à 72 connecteurs (32 bits) équipaient les PC 386DX, 486 et les premiers Pentium. Les barrettes mémoires de format DIMM (Dual In-line Memory Module) : Ce type de mémoire est actuellement utilisé dans nos PC. Il s'agit de mémoires 64 bits. Leur dimension est de 130x25mm. Contrairement aux mémoires de type SIMM, les mémoires DIMM possèdent des puces de mémoire de part et d'autre de la barrette. Les différents types de mémoires : DRAM EDO (Extended Data Out): Ce type de mémoire est apparu en 1995. La principale caractéristique de ce type de mémoire est sa capacité à adresser la colonne suivante pendant la lecture des données d'une colonne. Le temps d'accès à la mémoire EDO est de 50 à 60 nanosecondes pour une fréquence allant de 33 à 66 MHz. N'étant pas capable de supporter des fréquences supérieures à 66 MHz, ce type de mémoire a disparu au profit de la mémoire SDRAM. SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) : Ce type de mémoire est apparu en 1997 pour remplacer la mémoire EDO. La SDRAM permet, contrairement à la mémoire EDO, une lecture des données synchronisée. Celle-ci est capable de fonctionner à des fréquences allant jusqu'à 150 MHz avec des temps d'accès d'environs 10 nanosecondes. DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM): Ce type de mémoire est basé sur la technologie de la mémoire SDRAM, qui permet de doubler le taux de transfert de la SDRAM à fréquence égale. DR-SDRAM (Rambus DRAM) : Ce type de mémoire est capable de fonctionner à une fréquence de 800 MHz, ce qui lui confère une bande passante de 1,6 Go/s. Ce type de mémoire a été conçu par les sociétés RAMBUS et Intel. Il s'agit d'un type de mémoire propriétaire. Professeur El Khatir HAIMOUDI Page 7

La mémoire morte (ROM) Il existe un type de mémoire permettant de stocker des données en l'absence de courant électrique, il s'agit de la ROM (Read Only Memory, dont la traduction littérale est mémoire en lecture seule) appelée mémoire morte, parfois mémoire non volatile car elle ne s'efface pas lors de la mise hors tension du système. Les types de ROM Les ROM ont petit à petit évolué de mémoires mortes figées à des mémoires programmables, puis reprogrammables. ROM Les premières ROM étaient fabriquées à l'aide d'un procédé inscrivant directement les données binaires dans une plaque de silicium grâce à un masque. Ce procédé est maintenant obsolète. PROM Les PROM (Programmable Read Only Memory) ont été mises au point à la fin des années 70 par la firme Texas Instruments. Ces mémoires sont des puces constituées de milliers de fusibles (ou bien de diodes) pouvant être "grillés" grâce à un appareil appelé «programmateur de ROM», appliquant une forte tension (12V) aux cases mémoire devant être marquées. Les fusibles ainsi grillés correspondent à des 0, les autres à des 1. EPROM Les EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) sont des PROM pouvant être effacées. EEPROM Les EEPROM (Electrically Erasable Read Only Memory) sont aussi des PROM effaçables, mais contrairement aux EPROM, celles-ci peuvent être effacées par un simple courant électrique, c'est-àdire qu'elles peuvent être effacées même lorsqu'elles sont en position dans l'ordinateur. La mémoire à long terme, également appelée mémoire de masse : o est le plus souvent basée sur des disques magnétiques (disques durs, disques souples ou disquettes). o Plus lente que la mémoire centrale (une lecture ou écriture élémentaire sur un disque a une durée de l'ordre de plusieurs millièmes de seconde). o Elle est par contre permanente (sauf accident!) et facilement extensible pour couvrir tous besoins en matière de capacité de stockage. COMMENT BIEN CHOISIR SON DISQUE DUR [1] La capacité de disque dur Le disque dur est l'élément clef de PC au niveau stockage! Il est conseillé de prendre un disque dur de tel ou tel espace de stockage selon vos besoin(s) et vos utilités. Professeur El Khatir HAIMOUDI Page 8

Les disques durs de maintenant font un minimum de 80 Go (Giga Octets) pour une utilité de "BASE", etc... Petit tableau expliquant quel disque dur prendre selon vos utilités : D.D 80 Go --> Utilité de base. D.D 120 Go --> Aussi pour une utilité de base mais un peu plus recherché. D.D 160 Go --> Utilité de base + Stockage Vidéos, Photos. D.D 250 Go --> Stockage pur et simple!!! D.D 400/450 Go --> Stockage et Montages : Photos/Vidéos. [2] Le temps d'accès de votre disque dur Il faut viser le plus bas possible. Un très bon disque dur aura un temps d'accès inférieur à 10 millisecondes. Il faut souvent ajouter 3 millisecondes pour les données fausses communiquées par le constructeur! Pensez-y ;) [3] Les interfaces Les interfaces IDE, SCSI ou SATA. IDE : cette interface fait progresser les performances multiples du disque dur, mais il a quand même un inconvénient il ne peut pas se débrancher à chaud! SCSI : cette interface n'est vraiment pas beaucoup utilisée, elle est réservée aux internautes qui montent et stockent des vidéos (pas des vidéos amateur vous pouvez me croire! On est dans le HAUT DE GAMME!) SATA : cette interface présente un inconvénient mais plusieurs avantages! On peut le débrancher/brancher à chaud, ce que l'on appelle le "hot-plug", les disques durs tournant à 10000 tours/minutes se trouvent plus facilement en SATA! Passons à l'inconvénient (les choses qui fâchent :@ ^^ ) : il ne fait pas progresser les performances de l'ordinateur! Les Bus Il s'agit d'un ensemble de fils véhiculant les informations numériques de la carte mère vers une carte périphérique, ou entre deux composants. Le bus PCI Le bus PCI (Peripheral Component Interconnect) a été mis au point par 1992. C est un bus intermédiaire situé entre le bus processeur (NorthBridge) et le bus d'entrées-sorties (SouthBridge). Professeur El Khatir HAIMOUDI Page 9

Le bus PCI, dans sa version initiale, possède une largeur de 32 bits et est cadencé à 33 MHz ce qui lui permet d'offrir un débit théorique de 132 Mo/s en 32 bits. Sur les architectures 64 bits le bus fonctionne à 64 bits et propose un taux de transfert théorique de 264 Mo/s. Le bus PCI-X 1.0 supporte des fréquences de 66, 100 et 133 MHz, 266 et 533 MHz et permet d'atteindre des débits de l'ordre de 4.27 Go/s en 64 bits. Le bus PCI-X est pleinement compatible avec le format PCI et permet ainsi d'utiliser des cartes additionnelles au format PCI conventionnel dans des emplacements PCI-X et vice-versa. Le bus PCI Express Le bus PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express, noté PCI-E ou 3GIO pour «Third Generation I/O»), est un bus d'interconnexion permettant l'ajout de cartes d'extension dans l'ordinateur. Le bus PCI Express a été mis au point en juillet 2002. Contrairement au bus PCI, qui fonctionne en interface parallèle, le bus PCI Express fonctionne en interface série, ce qui lui permet d'obtenir une bande passante beaucoup plus élevée que ce dernier. Caractéristiques du bus PCI Express Le bus PCI Express se décline en plusieurs versions, 1X, 2X, 4X, 8X, 12X, 16X et 32X, permettant d'obtenir des débits compris entre 250 Mo/s et 8 Go/s, soit près de 4 fois le débit maximal des ports AGP 8X. Ainsi, avec un coût de fabrication similaire à celui du port AGP, le bus PCI Express est amené à le remplacer progressivement. Connecteurs PCI Express Professeur El Khatir HAIMOUDI Page 10

Les chipsets Le chipset sert d'interface entre le processeur et ses périphériques (mémoire, entrées / sorties). C'est le composant essentiel d'une carte mère. Pourtant, les vitesses externes des processeurs sont nettement plus rapides que ces périphériques. En plus, les vitesses de FSB augmentent régulièrement: impossible de synchroniser la Ram et les périphériques qui ont des vitesses plus faibles. La solution est d'utiliser un ensemble de composants intermédiaires: le CHIPSET. Si une carte mère 8088 comportait une centaine de circuits électroniques, le nombre se restreint par l'utilisation de Chipset qui reprennent l'ensemble des fonctions de contrôles internes (bus et disques durs) à celui des périphériques externes (USB, série, parallèle). Architecture Pentium Professeur El Khatir HAIMOUDI Page 11