[Article de la Semaine] - Composants et fonctionnement d’un ordinateur

Si vous êtes toujours un peu demandé comment fonctionner un ordinateur et quels sont les composants importants.
Cet article vous explique dans les grandes lignes le principe de fonctionnement d’un ordinateur.

 

Fonctionnement d’un ordinateur

Voici dans les grandes lignes le fonctionnement général d’un ordinateur.

La CPU ou processeur se charge d’exécuter les instructions des programmes stockées dans la mémoire RAM.
Les BUS assurent l’échangent de données avec les divers composants de l’ordinateur, entre le processeur et la mémoire et d’autres BUS avec les composants comme le disque dur, carte d’extension, etc.
Tout cela repose sur une carte mère, le composant électronique et principal d’un ordinateur qui assure le fonctionnement des différents composants.

fonctionnement d'un ordinateur

Les interfaces d’entrée comme le clavier ou la souris permettre d’interagir et donner les instructions et les interfaces de sortie comme l’écran de visualiser le résultat.
Bien entendu, on peut ensuite décomposer le fonctionnement de chacun des composants plus ou moins complexes.

 

Composants d’un ordinateur

Votre ordinateur possède de multiples composants avec des fonctions particulières.
Voici la liste des composants les plus importants et un descriptif général de ce dernier.

La carte mère

La carte mère est un composant primordiale de l’ordinateur sur lequel repose d’autres composants.
Celle-ci se présente comme un circuit imprimé rectangulaire et assure la transmission des informations entre le processeur, chipset, mémoire et carte d’extensions.
Il existe plusieurs formats de carte mère avec des normes, les plus grosses pour les ordinateurs de bureaux : ATX
Des formats plus exotiques tel le mini-ITX, flex-ATX sont également disponibles et permettent de concevoir des PC de très petites tailles. Ils sont cependant très peu évolutifs, contrairement au carte mère de grand format sur lesquelles vous allez pouvoir ajouter facilement de nouvelles cartes (cartes son, carte TV…).

Composants d'un ordinateur : la carte mère

La carte mère accueille les composants suivants :

  • le support de toutes les interconnexions entre circuits intégrés (entre autres les bus et l’alimentation de tous les composants en ayant besoin) ;
  • Les connecteurs pour les cartes optionnelles (PCI, PCI Express, etc.) et les interfaces pour les périphériques internes (carte son ou interface réseau par exemple) ou externes (USB, HDMI, etc.) ;
  • Le chipset : (pont Nord et Sud) qui gère la transmission de données entre le processeur, mémoire et périphériques ;
  • les circuits connectables :
  • le micro-processeur ou CPU ;
  • la mémoire centrale (mémoire RAM) ;
  • le BIOS ;
  • et toutes les cartes optionnelles : (par exemple : carte graphique, carte réseau ou audio, etc.). Par exemple, si une carte mère est compatible PCI Express 3.0.

Composants d'un ordinateur : la carte mère

Composants d'un ordinateur : la carte mère

Ainsi une carte mère se distingue par les informations suivants :

  1. Le type de processeur qu’elle peut accueillir (marque, génération, etc)
  2. Le type de mémoire et génération qu’elle peut acceuillir
  3. Le type d’interface I/O qu’elle peut accueillir (Sata, etc)

Les points 1 et 2 étant limité par le type de chipset qui est inclus dans la carte mère et éventuellement la connectique qui peut évoluer dans le temps.

Le processeur

Le processeur est l’unité de calcul de l’ordinateur pour la plupart des opérations, exceptées celles qui touchent à l’affichage.
En anglais, le processeur est noté CPU pour central processing unit.
Le processeur se charge d’exécuter une série d’instructions dites programmes dont les informations sont stockées dans la mémoire RAM de la carte mère.
La vitesse de fonctionnement d’un processeur est exprimée en MHz, par exemple 900 MHz.
De nos jours, le processeur possède plusieurs unités de calculs nommés coeurs (cores en anglais) et pour certains possèdes unités de calcul graphiques.
Enfin, les processeurs possèdent des jeux d’instructions 32-bits ou 64-bits. La version du système d’exploitation doit être installé en fonction de ces derniers .

Le processeur se présente sous la forme d’une puce carrée très légère.

Composants d'un ordinateur : le processeur

Comme il s’agit d’une puce électronique, celle-ci chauffe. Lorsque le processeur est en cours de fonctionnent sur un ordinateur, pour réduire la température, un radiateur et un ventilateur est placé sur le processeur.
On obtient alors le résultat suivant sur la carte mère :

Composants d'un ordinateur : le processeur

 

La mémoire

La mémoire est un composant important de l’ordinateur qui stocke les informations des programmes.
Ces informations sont utilisées par le processeur pour effectuer les calculs nécessaires.
Les données stockées sont volatiles et sont perdues lorsque l’alimentation est coupée.
Comme les mémoires sont des puces électroniques, la vitesse de transmission est plus importante que les disques dur, d’autant que la mémoire possède son propre BUS de transmission de données avec le processeur. La vitesse de fonctionnement

de la mémoire est donc lié à son type et à la vitesse maximal des BUS de la carte mère.
Il existe plusieurs type de mémoire (SDRAM, DDR1, DDR2, etc ). Actuellement, nous sommes à la génération DDR4.

Les mémoires sont vendues sous la forme de barrettes que l’on clipse sur la carte mère.
Ces dernières possèdent des format différents (SIMM (Single In-line Memory Module), DIMM (Dual In-line Memory Module).
Composants d'un ordinateur : la mémoire

Le Chipset et BUS

La transmission des données entre les différents composants de la carte mère (processeur, mémoire, carte extension, disque dur, etc) est géré par le Chipset et le BUS.
Le Chipset se présente comme une puce électronique de calcul assez inconnu du public mais important.
En réalité, on trouve des chipset dans beaucoup d’appareil comme des cartes graphiques, téléphones, console de jeu, etc.

Le chipset est conçu pour fonctionner avec certains types de micro-processeur et joue un rôle important avec ce dernier dans les performances générales de l’ordinateur.
Si vous changez pour un processeur plus puissant mais que le chipset ne suit pas, vous serez limité.
La vitesse du bus est définie par sa fréquence (exprimée en Hertz), c’est-à-dire le nombre de paquets de données envoyés ou reçus par seconde. On parle de cycle pour désigner chaque envoi ou réception de données.

On distingue deux parties importantes du chipset :

  • Le « pont ou bus nord » (en anglais northbridge) ou FSB  (front-side bus), qui gère la transmission des données pour pour les périphériques « rapides » (mémoire, PCI Express, etc.). Dans certains microprocesseurs cette partie de chipset est intégré depuis 20113 ;
    Le « pont ou bus sud » (en anglais southbridge) pour les périphériques plus « lents » (PCI, disques durs et SSD…). C’est donc par exemple le chipset qui donne les normes USB que votre ordinateur est capable de gérer : USB 2.0, USB 3.0, etc.

Le chipset est facilement identifiable sur une carte mère et se présente comme une grosse puce électronique assez volumineuse.
Ce dernier effectuant des calculs importants, il peut être recouvert d’un radiateur voire d’un ventilateur.
Le chipset est généralement placé entre le processeur, la mémoire et les périphériques PCI puisque ce dernier gère la transmission de données entre ces derniers (BUS Nord).

Composants d'un ordinateur : le chipset

Le BIOS

Le BIOS est un composant de la carte mère qui est utilisé lors de l’amorçage de l’ordinateur.
Le BIOS se charge d’effectuer une reconnaissance des périphériques (clavier, disque dur, mémoire, etc) et d’initialiser ces derniers.
Lorsque vous allumez l’ordinateur, le processeur lance le code contenu dans le BIOS pour effectuer ces opérations.

Le BIOS est assez facilement reconnaissable sur la carte mère car une pile ou batterie ronde se trouve à côté.
Celle-ci permet de continuer d’alimenter le BIOS lorsque l’ordinateur est hors tension, ainsi, l’horloge du BIOS continue de fonctionner.

Composants d'un ordinateur : le BIOS

 

Les cartes d’extension

Les cartes d’extension sont des cartes que l’on insère sur la carte mère.
Cette dernière possède des slots afin d’accueillir ces cartes additionnelles.
Le slot se présente comme un gros rail, plus important que ceux de la mémoire afin d’enficher la carte.

On peut ajouter des cartes Wifi, réseau, audio et bien entendu une carte graphique.
Il existe plusieurs normes comme PCI, AGCP (ancienne norme) et actuellement PCI Express qui existe en 3 versions.
Les fiches ont des longueurs différentes selon les normes, il faut donc que la carte mère soit compatible avec ces normes.
Reportez-vous au schéma détaillés des cartes mères du premier paragraphe pour visualiser les slots d’extension sur une carte mère.


Carte extension - carte graphique

carte graphique avec connectique AGP



Carte extension - carte graphique
Carte graphique en PCI Express 3.0

 

La carte graphique

La carte graphique est un élément important d’un ordinateur surtout pour les gamers.
Celle-ci se charge des calcules pour le rendu de l’affichage qui est important pour les applications d’images, vidéo ou jeu.
Ainsi, selon les besoin, il peut être nécessaire d’avoir une carte graphique plus ou moins puissantes.
On parle alors de GPU (Graphics Processing Unit) pour les calculs des puces de la carte graphique.

La carte graphique peut-être sous la forme d’une carte d’extension (voir paragraphe précédent), cela est notamment nécessaire quand on a besoin d’une carte graphique puissante.
Ces dernières peuvent alors être assez impressionnantes avec des radiateurs et des ventilateurs exactement comme pour le processeur de la carte mère.
Mais la carte graphique peut aussi être intégrée à la carte mère souvent dans le northbridge. En général, il s’agit de puce graphique moins puissante mais aussi moins gourmande en énergie ce qui est très intéressante pour les ordinateurs portables.
Dans le cas d’une carte graphique additionnelle, le northbride n’est pas sollicité et peut alors être utilisé intégralement par la CPU. Cela permet donc de soulager celui-ci.
Pour les cartes graphiques intégrés, le northbride doit être partagé entre la CPU et GPU, ce qui pose donc des problèmes de performances.

Le boitier

Le boitier de l’ordinateur est la coque visible où la carte mère est montée.
Le boitier supporte aussi l’alimentation à l’arrière.
Des ventilateurs sont aussi présents sur le boitier qui permet de faire sortir l’air chaud afin de baisser la température générale de l’ordinateur.
Là aussi, il existe toute sorte de boitier plus ou moins sophistiqués selon les besoin. Les gamers ayant besoin d’une bonne ventilation.

Il existe aussi plusieurs tailles de boitier de PC selon le format de la carte mère (ATX, etc).

  • Compact : ce sont les boitiers plus petits de type mini-tour. Ces derniers n’offrent que peu de possibilité d’évolution. Il se destine principalement à un usage courant de l’informatique ou à prendre place directement dans votre salon à côté du téléviseur en guise de PC home cinéma. Certains sont tout de même adaptés à une configuration musclée et pourront s’emporter facilement en LAN Party !
  • Classique : un boîtier moyen tour ou un boîtier grand tour permettent d’assembler une configuration haut de gamme avec facilité
  • Serveur : spécifique au monde de l’entreprise, on ne parle plus de boîtiers mais de rack. Ils sont classés en fonction de la hauteur qu’ils occupent : rack 1U, rack 2U, rack 3U …

Il existe même la possibilité de tuner le boitier comme c’est le cas des voitures.

Bloc d’alimentation

Le bloc d’alimentation est le composant qui se trouve dans le boitier de l’ordinateur d’alimentation électrique de l’ordinateur.
Ce dernier se présente sous la forme d’une grosse caisse métallique avec un ventilateur pour le refroidir.
Derrière le bloc se trouve une prise qui permet de brancher le câble d’alimentation vers une prise électrique.
Le bloc d’alimentation se place à l’arrière du boitier de l’ordinateur avec un câble d’alimentation vers la carte mère et les périphériques externes comme un disque dur ou un lecteur DVD-Rom.

composants ordinateur : Bloc d'alimentation

 

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