Architecture v 2

Architecture de l’ordinateur

Hasna SABAH sur 32


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Pré requis - Aucun

Objectifs - Comprendre ce qu’est un ordinateur

- Connaitre l’architecture actuelle d’un ordinateur

- Connaitre les caractéristiques et le fonctionnement de chaque composant

Table des matières

1. Introduction ......................................................................................................................... 4 2. Historique et classification .................................................................................................. 4

2.1. Première génération 1945-1958 ..................................................................................... 4

2.2. Deuxième génération 1958-1964 .................................................................................. 5

2.3. Les années 1964-1971/1975/1978 ................................................................................... 5 2.4. Les années 1978-1985 ..................................................................................................... 5

2.5. Après … .......................................................................................................................... 5 2.6. Classification ................................................................................................................... 6

3. Présentation des architectures ............................................................................................. 9

3.1 Architecture de HARVARD ........................................................................................ 9 3.2 Architecture de Von Neumann .................................................................................. 10

4. Les composants d’un ordinateur ....................................................................................... 12

4.1 La carte mère ............................................................................................................. 12 4.2 La CPU ...................................................................................................................... 15

4.3 Les Bus ...................................................................................................................... 17 4.4 La mémoire ................................................................................................................ 20 4.5 Le BIOS ..................................................................................................................... 20

4.6 Les cartes d’extension ............................................................................................... 23

4.7 Les interfaces d’entrée/sortie ..................................................................................... 25 4.7.1 Interfaces à faible débit ............................................................................................... 25 4.7.2 Interfaces à débit moyen et élevé ................................................................................ 27

Annexe A : caractéristiques des BUS ...................................................................................... 29

Annexe B : caractéristiques des disques durs ........................................................................... 32


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Table des figures

Figure 1: cartes perforées ........................................................................................................... 4

Figure 2:ENIAC ......................................................................................................................... 5

Figure 3 : supercalculateur ......................................................................................................... 6

Figure 4 ordinateur de bureau .................................................................................................... 7

Figure 5 : laptop ......................................................................................................................... 7

Figure 6 : tablette PC .................................................................................................................. 7

Figure 7 : Palmtop ...................................................................................................................... 8

Figure 8: PDA ............................................................................................................................ 8

Figure 9 : architecture HARVARD .......................................................................................... 10

Figure 10 : architecture Von Neumann .................................................................................... 11

Figure 11 : carte mère ............................................................................................................... 13

Figure 12 : Le chipset ............................................................................................................... 14

Figure 13 : microprocesseur ..................................................................................................... 17

Figure 14 : connecteur SCSI interne ............................................... Erreur ! Signet non défini.

Figure 15 : plateaux du disque dur .................................................. Erreur ! Signet non défini.


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1. Introduction

Un ordinateur peut être défini comme « une machine capable d’effectuer automatiquement

des opérations arithmétiques et logiques (à des fins scientifiques, administratives,

comptables …) à partir de programmes définissant la séquence de ces opérations.

La motivation principale de cette création est l’automatisation de tâches élémentaires au

départ, et de plus en plus compliquées par la suite.

L’ordinateur est de nos jours un élément omniprésent (entreprises, industries,

particuliers…) qui est utilisée pour accomplir des tâches diverse allant du traitement du

texte jusqu’au calcul des prévisions météorologiques.

Il est donc primordial pour un informaticien de bien comprendre son architecture d’abord,

et son fonctionnement par la suite. Ceci est valable en particulier pour un technicien qui

doit maitriser ces concepts et assurer toute sorte d’intervention et de dépannage d’un

système.

2. Historique et classification

2.1. Première génération 1945-1958

Ce furent des ordinateurs dédiés, existant souvent en exemplaires uniques. Volumineux, ces

ordinateurs « préhistoriques » utilisaient une technologie à lampes, relais et résistances. La

programmation se faisait au moyen de cartes perforées.

Figure 1: cartes perforées

Le premier ordinateur entièrement électronique s’appelait ENIAC (Electronic Numerical

Integrator Analyser and Computer) ; il a été commandé par l’armée américaine pour des

calculs complexes pour l’étude de faisabilité de la bombe H.


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Figure 2:ENIAC

2.2. Deuxième génération 1958-1964

Cette période est marquée par l’utilisation d’une technologie à base de transistors et

l’apparition de langages de programmation évolués (COBOL, FORTRAN, LISP) ;

Les ordinateurs commencèrent alors à avoir un usage plus général

2.3. Les années 1964-1971/1975/1978

Cette période est marquée par la technologie des circuits intégrés(S/MSI small/Medium Scale

Integration) , l’avènement de systèmes d’exploitation complexes et des premiers minis

ordinateurs.

L’année 1971 vit l’invention du microprocesseur par INTEL ; toutes les composantes de la

CPU ont été réunies sur une même puce.

C’est le début de la course à la miniaturisation, la loi empirique de Moore(co-fondateur

d’INTEL) veut que le nombre de transistors intégrables sur une seule puce double toutes les

18 mois

.

2.4. Les années 1978-1985

Evolution soutenue de la technologie des circuits intégrés avec l’intégration à très grande

échelle VLSI(Very Large Scale Integration). La densité de 105

composants électroniques sur

une même puce est atteinte ;

C’est l’avènement aussi de réseaux de machines et des traitements distribués/répartis

2.5. Après …

Miniaturisation continue avec cependant quelques obstacles comme ladissipation thermique

qui empêche la montée en fréquence. Cette difficulté est contournée actuellement de deux

manières :

- Doublement sur une puce du nombre de processeurs, tout en maintenant la fréquence

(exemple : Intel Core Duo en 2006)


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- Expérimentation des puces en mode asynchrone, ie, le signal d’horloge n’est plus

transmis simultanément à tous les composants.

Les applications ont de plus en plus recours au parallélisme pour tirer profit des nouvelles

architectures multi-cœurs.

Cette montée en puissance des ordinateurs a eu un impact certain sur la diversité et

complexité des applications.

Exemple illustratif de puissance : le supercalculateur Jaguar Cray XT5-HE Opteron, est

composé de 224 162 cœurs, et est capable d’atteindre une puissance maximale de 1759

PFlops/s(1759.1015

opérations flottantes par seconde).

Figure 3 : supercalculateur

2.6. Classification

Les ordinateurs peuvent être classés de diverses manières, les critères les plus utilisés sont

souvent la taille et la fonction.

Classification par taille

Les micro-ordinateurs :

Ce terme a été introduit après la réalisation de microprocesseur sur une seule puce, et il

désigne le type d’ordinateur le plus répandu aujourd’hui, dont voici des exemples :

- Les ordinateurs de bureau


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Figure 4 ordinateur de bureau

- Les laptops et notebooks

Figure 5 : laptop

- Les tablettes PC

Figure 6 : tablette PC

- Les ordinateurs Palmtop


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- Figure 7 : Palmtop

- Les PDA ( Personal Digital Assistants)

Figure 8: PDA

- Les calculateurs programmables

Les mini-ordinateurs

C’est une classe d’ordinateurs multi-utilisateurs qui occupe une place intermédiaire entre les

gros mainframes et les ordinateurs personnels. Des exemples sont les systèmes basés sur les

architectures SPARC, POWER et ITANIUM, les principaux constructeurs sont SUN, IBM et

HP.


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Les mainframes

Ce sont des ordinateurs ayant une capacité de calcul et de traitement de données très

supérieures aux ordinateurs personnels. Leur puissance est mesurée en millions d’instructions

par seconde (MIPS). Ils sont principalement utilisés pour le traitement des transactions

(bancaires, réservation de vols d’avion, gestion d’inventaire (commerces) …)

Les supercalculateurs

Un supercalculateur est un ordinateur conçu pour atteindre les plus hautes performances

possibles avec les technologies connues lors de sa conception, en particulier en termes de

vitesse de calcul.

La science des superordinateurs est appelée HPC, pour High Performance Computing, ce qui

se traduit par Calcul haute performance.

Ils sont utilisés pour toutes les tâches qui nécessitent une très forte puissance de calcul comme

les prévisions météorologiques, l'étude du climat, la modélisation moléculaire (calcul des

structures et propriétés de composés chimiques...), les simulations physiques (simulations

aérodynamiques, calculs de résistance des matériaux, simulation d'explosion d'arme nucléaire,

étude de la fusion nucléaire...), la cryptanalyse, etc.

Les institutions de recherche civiles et militaires comptent parmi les plus gros utilisateurs de

superordinateurs.

Classification par fonction

Les serveurs

Ce sont des ordinateurs dédiés pour offrir un service donné. On parle de serveur de base de

données, serveur web, serveur de fichiers …

Les stations de travail

Une station de travail est conçue pour servir un seul utilisateur ;

Les ordinateurs embarqués

Ces ordinateurs sont intégrés dans une autre machine. Ils exécutent généralement un

programme stocké dans une mémoire non volatile. On les trouve partout : voiture, lecteur

DVD, machine à laver …

3. Présentation des architectures Il existe deux modèles principaux d’architecture qui sont :

3.1 Architecture de HARVARD

C’est une conception de microprocesseurs qui sépare physiquement la mémoire de

données et la mémoire programme.

L’accès à chacune des deux mémoires s’effectue via deux bus distincts.


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Figure 9 : architecture HARVARD

Cette architecture permet ainsi de transférer simultanément les données et les instructions

à exécuter. Ainsi, l’unité de traitement aura accès simultanément à l’instruction et aux

données associées. Ce modèle est plus rapide que celui de Von Neumann. Cependant, le

gain en performance est obtenu au détriment de la complexité interne de la structure.

Le nom de cette structure vient du nom de l’université où une telle architecture a été mise

en pratique pour la première fois avec Le Mark I en 1944.

Actuellement, l’architecture Harvard est surtout utilisée dans :

les processeurs numériques de signal (DSP) ;

les microcontrôleurs, notamment les PIC de Microchip et les AVR d'Atmel.

3.2 Architecture de Von Neumann

C’est un modèle pour un ordinateur qui utilise une structure de stockage unique pour

conserver à la fois les instructions et les données requises ou générées par le calcul. De

telles machines sont aussi connues sous le nom d’ordinateurs à programme stocké en

mémoire. La séparation entre le stockage et le processeur est implicite dans ce modèle.

Cette architecture est nommée d’après le mathématicien John von Neumann qui a soumis

la première description d’un ordinateur dont le programme est stocké dans sa mémoire.

Ce modèle décompose l’ordinateur en 4 parties distinctes comme illustrée sur la figure

suivante :


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Figure 10 : architecture Von Neumann

1. L’unité arithmétique et logique (UAL ou ALU en anglais) ou unité de traitement :

son rôle est d’effectuer les opérations de base ;

2. L’unité de contrôle, chargée du séquençage des opérations ;

3. La mémoire qui contient à la fois les données et le programme qui dira à l’unité de

contrôle quels calculs faire sur ces données. La mémoire se divise entre mémoire

volatile (programmes et données en cours de fonctionnement) et mémoire permanente

(programmes et données de base de la machine).

4. Les dispositifs d’entrée-sortie, qui permettent de communiquer avec le monde

extérieur.

La figure suivante illustre une variante de ce modèle, dite modèle à bus


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L’évolution de son modèle par rapport à son prédécesseur consiste en l’optimisation des

cycles CPU pour les entrées/sorties, en effet, ces dernières peuvent désormais accéder

directement à la mémoire sans passer par le CPU.

C’est ce modèle qui est utilisé pour les systèmes modernes.

4. Les composants d’un 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.

La totalité des composants est protégée par un boitier qui assure d'autres fonctions telles

que l'isolement phonique ou la protection contre les rayonnements électromagnétiques.

Selon la disposition du boitier, on distingue des ordinateurs :

- Tour : position vertical du boitier

- Desktop : position horizontal du boitier

Les composants matériels de l'ordinateur sont architecturés autour d'une carte

principale appelée carte mère

4.1 La carte mère

La carte mère est le support permettant la connexion de l'ensemble des éléments

essentiels de l'ordinateur.

Elle comporte 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.

((Un circuit imprimé est un support, en général une plaque, permettant de relier

électriquement un ensemble de composants électroniques entre eux, dans le but de

réaliser un circuit électronique complexe.

Il est constitué d'un assemblage d'une ou plusieurs fines couches de cuivre séparées par

un matériau isolant. Les couches de cuivre sont gravées par un procédé chimique pour

obtenir un ensemble de pistes, terminées par des pastilles.

Le circuit imprimé est souvent recouvert d'une couche de vernis coloré qui protège les

pistes de l'oxydation et d'éventuels courts-circuits.

))


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Il y a deux familles de formats de la carte mère :

Des formats propriétaires

Sont uniquement présents sur les ordinateurs bas de gamme et ils sont à éviter car le

matériel n’est pas évolutif.

Des formats standardisés

Offrent la possibilité d’utiliser des boitiers génériques et permettent le changement en cas

de problème.

((

Standard : ensemble d’éléments de référence, règles fixées pour définir ou évaluer un

produit, une méthode de travail, une quantité à produire …

))

Eléments de la standardisation

Le standard définit la taille de la carte mère, la place des composants, et la position des

entrées/sorties. Les bus et le fonctionnement interne de la carte mère ne font pas l’objet de

standardisation.

Les formats les plus utilisés sont ATX (surtout pour PC), ATX micro, WTX et NLX.

• ATX : 305 mm x 244 mm

• ATX micro : 244 mm x 244 mm

• BTX : 325 mm x 267 mm

La figure ci-dessous montre un exemple d’une carte mère :

Figure 11 : carte mère


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Un composant d’une telle complexité a naturellement besoin d’une intelligence pour le

gérer ; la carte mère dispose donc d’un processeur dédié à sa gestion qui s’appelle le

chipset

Le Chipset

Le rôle du chipset est de gérer des flux de données numériques entre le microprocesseur

et les divers composants et sous ensembles de composants de la carte mère, bus

informatiques, mémoire vive (RAM), accès direct à la mémoire (DMA), disque dur, et les

entrées-sorties en général, etc

Les chipsets sont spécifiques à une famille de processeur (Athlon, Pentium IV, Intel Core,

...). Ils sont également caractérisé par le FSB maximum (la vitesse externe du processeur),

le type de mémoire Ram, les bus qu'il peut gérer, ... Des versions spécifiques pour

portables sont également développés comme la série Centrino qui gèrent mieux

l'économie d'énergie.

Le chipset est souvent décomposé en deux puces : le Northbridge et le Southbridge ; leurs

rôles sont illustrés sur la figure suivante :

Figure 12 : Le chipset

Les principaux fabricants sont INTEL, VIA, Nvidia, SIS, AMD.

Quelques Chipsets pour processeurs:

Intel Pentium: 430

Pentium II et Pentium III: 440 LX - 440 BX - I810 et I810E - I815 et I815E - I820 et

I820E

Pentium IV: I845 - I845D - I915P - P4X266


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AMD Athlon, Athlon XP et Duron: KX 133 - KT 266 - KT333 - 750 - AMD-760 (MP

- MPX)

Récapitulation

Une carte mère se caractérise par :

Le type d'alimentation: AT (ancienne génération) ou ATX (nouvelle génération).

Le format (taille et fixations)

Le chipset, un ensemble de composants électroniques servant de liaison entre le

processeur et les circuits auxiliaires

4.2 La CPU

Unité de traitement principale, c’est un autre nom donné au microprocesseur, qui

représente l’intelligence de l’ordinateur ; il permet de manipuler les données numériques

et exécuter les instructions stockées en mémoire.

Sur la carte mère, le support du microprocesseur peut être de deux types :

- Slot : connecteur rectangulaire dans lequel le processeur est enfiché verticalement

Figure 13 : connecteur slot

- Socket : connecteur carré possédant un grand nombre de petits connecteurs sur lequel

le processeur vient directement s'enficher


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Figure 14 : connecteur socket

Le microprocesseur est cadencé au rythme d'une horloge interne qui envoie des

impulsions, appelées « top » (ou cycle). La fréquence d'horloge correspond 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 tops par seconde.

A chaque top d'horloge le processeur exécute une action. 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.

Selon la conception interne (architecture aussi appelée Core), un processeur peut être de

type :

- RISC (nombre d'instructions directement exécutables réduite mais rapidement

exécutées)

- CISC (qui connait de nombreuses instructions complexes mais plus lent pour les

instructions simples, les plus souvent utilisées).

Le premier est principalement utilisé actuellement, une instruction complexe pouvant être

exécutée en combinant plusieurs instructions simples.

L'évolution passe par :

- les architectures pipelines

- les architectures super-pipelines et super-scalaires (découpage du décodage de

l'instruction)

- l'hyperthreading (création de deux processeurs logiques dans le même

microprocesseur. Le système se comporte alors comme un multiprocesseur)

- la gestion de mémoire cache

La technologie Dual-Core, sortie en 2005, couple 2 circuits dans le même boîtier.


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L'architecture actuelle peut être 32 ou 64 bits. La première est la plus courante, la

deuxième se répartit en deux groupes, l'IA-64 d'Intel réservée aux solutions serveurs et le

MIPS64 pour AMD et Xeon compatible avec les systèmes d'exploitation 64 bits standards

comme Windows XP ou Vista

Chaque modèle est aussi caractérisé par sa vitesse effective (interne) et sa vitesse externe

(appelé FSB, Front Side Bus) pour les communications avec la mémoire et les

périphériques de la carte mère.

Figure 15 : microprocesseur

Récapitulation

Un processeur est caractérisé par :

- sa fréquence d’horloge

- sa puissance exprimée en MIPS

- sa vitesse externe (FSB)

- son architecture interne

- sa gestion de la mémoire cache

- …

4.3 Les Bus

Un bus est un ensemble de lignes de communication (matérialisé par des fils) qui relie 2

(ou plus) circuits numériques. Sur chaque fil, la tension électrique peut prendre 2 valeurs

distinctes que nous désignerons généralement par 1 et 0 (tension présente ou absente).

Le but d’un bus est de réduire le nombre de « voies » nécessaires à la communication des

différents composants

Figure 16 : le bus informatique

Les bus sont caractérisés par :


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Leur largeur : nombre de bits transmis simultanément

Leur vitesse (fréquence)

Le type de signaux

Calcul du débit maximal d’un BUS

Le calcul du taux de transfert maximum d'un bus se fait par la formule suivante:

Fréquence du bus (Hz) * largeur du bus (bit) / 8

ou

Fréquence du bus * largeur de bus en Octets

Exemples :

Un bus PCI 64 bits tournant à 64 Mhz.

Le débit maximum (théorique) de transfert est

64 000 000 * 64 bits/8 = 512.000.000 Octets/s, soit 488 Mio/s

Classification

Les bus sont classés en trois sous-ensembles fonctionnels :

- Un bus d'adresse :

Transporte les adresses mémoire auxquelles le processeur souhaite accéder pour lire

ou écrire une donnée. Il s'agit d'un bus unidirectionnel.

Un bus d'adresse est constitué de plusieurs lignes. Par exemple, 8 bits correspond à 8

lignes d'adresses et peut donc adresser 2 8 (soit 256) adresses différentes, 2

10 donne

1024, soit 1 Kilo. Plus le nombre de lignes d'adresse est élevé, plus le processeur est

capable de gérer de périphériques ou de capacité mémoire Ram.

- Un bus de donnée : qui permet de transférer des données binaires : en lecture

(données transférées au processeur) ou en écriture (envoi de données vers les

périphériques).

Le bus de donnée est constitué d'un certain nombre de lignes. Toutes les capacités des

bus de donnée sont désignées sous 8 lignes de données (en Byte - octet), ou en

multiple de 8 bits, les processeurs actuels utilisent 64 lignes de données. Donc 1 MB

de mémoire signifie 1 Mb sous 8 lignes, soit 8 Mb (Méga bits).

- Un bus de commande dont le rôle est de synchroniser les transferts de données entre

le processeur et les périphériques (mémoire, entrées / sorties). Il assure le dialogue

nécessaire pour le transfert à (opération d'écriture) ou de (opération de lecture)

l'adresse indiquée. Les signaux du bus de commande permettent également de gérer

les interruptions, commandes spécifiques qui permettent à un circuit externe de

signaler au processeur qu'il est prêt à recevoir des données de l'extérieur par exemple.

Quelques exemples de Bus

Les Bus ISA


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Le bus ISA (Industry Standard Architecture) a été développé en 1981 par IBM avec les

premiers ordinateurs PC XT. Le connecteur est normalisé pour l'XT utilisant un

processeur 8088 avec un bus de données externe de 8 bits, les spécifications de la

première version sont en rapport: vitesse de 4,77 Mhz sur 8 bits de données. Avec la sortie

des AT basé sur le 80286 d'Intel, IBM a ajouté des broches au connecteur pour permettre

un transfert sur 16 bits, à une vitesse de 8 Mhz. La bande passante de cette version est

donc limitée à 16 MB/s. Il n'est pas plug and play.

Le bus ISA est à la base du système ouvert de l'XT. Ce bus permet d'insérer quasiment

toutes les cartes électroniques additionnelles de l'époque (carte graphique, ports de

communication, contrôleur de disque dur, modem, cartes industrielles). Une carte 8 bits

peut s'insérer dans un bus ISA 16 bits.

Il a été remplacé par l'EISA (VLB) pour les 486, IBM développait le MCA à partir des

386. Fin 1999, seuls quelques modems, des cartes de rajoute port parallèle ou série, …

utilisent encore ce type de connecteur. ISA n'est plus utilisé sur les cartes mères actuelles

qui incluent les bus PCI, AGP (dédié aux cartes graphiques), PCI-express, ... Par

comparaison, la bande passante du PCI est de 132 MB/s, soit 8 X plus rapide que l'ISA 16

bits.

Les Bus PCI

Destiné à remplacer les bus ISA et VLB, le bus PCI (Peripheral Component Interconnect)

est cadencé à 33,33 Mhz sur une largeur de 32 bits (soit 4 octets). Sa bande passante est

donc de 133 MB/s maximum (soit 8 X plus rapide qu'un bus ISA 16 bits cadencé à 8

Mhz). Le chipset 430 d'Intel est le premier chipset à supporter ce bus.

Il était utilisé au départ par la carte graphique. Actuellement, seuls les modems, carte son,

cartes réseaux, …l'utilisent. Les cartes graphiques actuelles utilisent l'AGP ou même le

PCI-express.

Le DMA (Direct Memory Access) est également implanté dans le bus PCI. Cette

fonctionnalité permet à une carte électronique de prendre le contrôle des bus internes pour

transférer des données directement vers la mémoire ou vers une autre carte électronique.

Cette fonction est également implantée dans l'AGP.

Les Bus AGP(Advanced graphics Port)

Malgré ses progrès, le bus PCI est vite devenu trop lent pour les cartes graphiques. INTEL

a développé le bus AGP spécialement pour celles-ci. Sa fréquence est de 66 Mhz dans les

premières versions. Il est capable par DMA (direct Memory Access) de prendre le

contrôle de la mémoire pour le transfert direct des informations.

Les Bus PCIMCIA

Le bus PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Assosciation) est

utilisé dans un ordinateur portable comme bus interne. Quelques cartes pour PC

bureautiques permettent d'insérer de telles cartes dans le PC. Ceci est utilisé notamment

pour des "cartes de crédit" de reconnaissance personnelles anti-piratage.


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Récapitulation :

Un bus est caractérisé par :

- Ses dimensions

- Le nombre de ses lignes (connecteurs)

- Sa tension d’alimentation

- Sa fréquence et bande passante

- Son caractère plug&play ou non

Voir l’annexe pour une liste plus détaillée des BUS

4.4 La mémoire

Voir le document consacré à la mémoire

4.5 Le BIOS

Définition

Le BIOS (Basic Input Output System) est le firmware (le programme système) d'une carte

mère pour ordinateur. Il contient tous les programmes en assembleur nécessaires au

processeur pour démarrer le PC et gérer les ports de communications. Il est obligatoirement

intégré dans une mémoire morte de type ROM.

Un programme spécifique, le SETUP, permet de configurer quelques paramètres matériels.

Ces paramètres (Types de disques durs, paramètres des périphériques inclus sur la carte mère,

vitesse des mémoires, Horloge système, … ) sont sauvées dans une mémoire RAM, la CMOS

(Complementary Metal-Oxyde Semiconductor).

Cette mémoire est sauvegardée par une pile.


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Figure 17 : SETUP du BIOS

Le BIOS vient lire des informations dans cette mémoire au démarrage de l'ordinateur. Il y

stocke également la date et l'heure et vient régulièrement les mettre à jour.

Rôles principaux du BIOS

1. Au démarrage, tester les principaux composants de l’ordinateur (le POST, Power On

Self Test) pour être sur que tout fonctionne

2. Configuration des principaux composants de la carte mère pour pouvoir donner la

main au système d’exploitation par la suite

3. Démarrer le système d’exploitation

Quelques paramètres du Setup

Il affiche des informations générales telles que la version du BIOS, les caractéristiques CPU,

disque dur et la mémoire.

Il permet d’activer /désactiver certaines fonctionnalités telle que la prise en charge LAN et

Wireless. C’est à son niveau qu’est défini également l’ordre de boot (disque, cd/dvd, lan ..)

Et enfin, il est possible de protéger l’accès au SETUP par mot de passe.

Flashage du BIOS


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C’est la mise à jour logicielle du BIOS. Ce n’est pas une opération qui se fait tous les jours et

il est rare d’en avoir besoin.et le cas échéant, il faut opérer avec prudence car une fausse

manipulation risque de rendre inutilisable la carte mère.

Cas de nécessité de mise à jour :

- Corriger des incompatibilités matérielles

- Corriger des erreurs de détection du matériel

- Bénéficier de fonctionnalités nouvelles proposées par le fabricant

Quelques Bios

AWARD / AMI / PHOENIX

Evolution

Plusieurs acteurs principaux (IBM, Microsoft, Dell, HP …) se sont réunis pour définir un

successeur du BIOS, il s’agit de la nouvelle interface UEFI (Unified Extensible Firmware

Interface). Il s’agit d’un mini système d’exploitation qui offre plusieurs avantages par rapport

au BIOS :

- Meilleur ergonomie de l’interface

- Meilleur mécanisme de gestion des disques, supportant un nombre illimité (en théorie)

de partitions

- Gestion intégrée d’installations multiples de systèmes d’exploitation

- Possibilités de paramétrage plus étendues

Plusieurs systèmes d’exploitation sont capables de s’interfacer avec l’UEFI , notamment ceux

basé sur Linux, Windows XP v64 bits, Windows Vista, Windows Server 2008 …

Lien pour plus de détails : http://www.intel.com/technology/efi/

http://www.intel.com/technology/efi/


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4.6 Les cartes d’extension

Définition :

Une carte d’extension est un circuit électronique complexe (ensemble de composants placés

sur un circuit imprimé) qui est connectable à la carte mère via un bus informatique.

Le but d’une carte d’extension est d’ajouter des capacités ou des fonctionnalités à un

ordinateur

Les bus les plus utilisés actuellement sont le PCI, l’AGP et le PCI express.

Les extensions les plus couramment ajoutées sont :

- La carte graphique

- La carte son

- La carte réseau

- Les cartes accélératrices

La carte graphique

C’est une carte électronique qui permet d’envoyer les informations sur un écran. Le circuit

transforme le signal numérique en un signal compréhensible par l’écran.

Initialement, la carte graphique servait uniquement à traiter l'affichage. Avec la généralisation

de la 3D, la carte graphique soulage le processeur pour le traitement des calculs 3D.

La carte graphique manipule énormément de données et doit effectuer beaucoup de calcul,

c’est pour cela qu’elle intègre son propre processeur, et nécessairement sa propre ROM et

RAM. Après traitement, le signal est soit envoyé sous format numérique, soit transformé en

analogique, et ce selon le type de la sortie (et de l’écran derrière).

Elle est caractérisée par :

- Le bus de connexion : AGP / PCI Express

- Le chipset graphique GPU (Graphic Process Unit) ; processeur dédié à la carte

graphique, il utilise la DMA pour accéder à la mémoire partagée du processeur.

- Type et capacité de sa RAM

- Taux de rafraichissement de l’écran maximum

- Le fillrate : le débit maximum du chipset graphique, il permet d’estimer la vitesse

d’affichage des points à l’écran, il exprimé en Mega pixels/seconde

- Les fonctions 3D comme le shader model ( des traitements graphiques spéciaux)

- Son BIOS

- Les connecteur de sortie : VGA, DVI, S-VIDEO , …

- Le type de refroidissement : actif (ventilateur) , passif (radiateur) , watercooling


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Quelques fabricants : Matrox – Trident –Gigabyte

Fabricants GPU : nVidia – ATI

Comparatif de quelques cartes graphiques

Carte

graphique

Marque RAM BUS Refroidissement

FireGL V3600 ATI 256 Mio PCI Express

16x

Actif

FirePro 2450 ATI 512 Mio PCI Express

16x 2.0

Actif

GeForce 6200 Club 3D 256 Mio, AGP 8x Passif

Radeon

AH3450

ASUS 512Mo AGP 8x Actif

Tableau 1 : cartes graphiques

La carte son

Son rôle est de gérer tout ce qui est relatif au son dans un PC. Elle traite les signaux en

direction des haut parleurs et ceux en provenance des micros ; pour pouvoir traiter le signal

audio (analogique), elle le transforme d’abord en signal numérique.

Elle est caractérisée par :

- Son APU (Audio Processing Unit) : processeur qui assure tous les traitements

numériques du son

- Ses deux convertisseurs DAC (Digital to Analog Converter) et ADC (Analog to

Digital Converter)

- Ses amplificateurs opérationnels pour donner du volume en entrée et en sortie de la

carte

- Les connecteurs d’entrées/sortie externes

Quelques cartes son

Carte son Fabricant Interface

Xonar DS Asus PCI

SoundBlaster X-FI

Xtreme Audio

Creative PCI Express

Xonar DX Asus PCI Express 1x

Theatron DD Club 3D PCI

La carte réseau

Cette carte électronique assure l’interface entre le PC et l’ensemble des machines du même

réseau. On trouve des cartes réseau aussi sur les imprimantes, copieurs …

La communication sur le réseau se fait via des signaux qui respectent un protocole donné.


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Lorsqu’il s’agit d’un réseau filaire, la carte réseau est munie d’un connecteur ou on enfiche le

câble réseau. C’est le réseau Ethernet qui est utilisé dans la plupart des cas.

De nombreuses cartes mère disposent d’une interface Ethernet intégrée, et dans ce cas , il n’y

a pas besoin d’extension.

Ce connecteur est absent dans le cas d’un réseau sans fil (WiFi) et c’est une antenne qui va

capter les ondes du réseau sans fil.

Caractéristiques d’une interface réseau :

- Son débit, exprimé en Mo/s ou en Go/s

Exemples : 10 Mos/s, 100 Mo/s (Fast Ethernet), 1 Gb/s (Gigabit Ethernet), 10 Gb/s

- Son caractère half/full duplex : capacité ou non d’émettre et de recevoir en même

temps. En général, c’est un élément paramétrable.

- L’interface de connexion à la carte mère : c’est généralement le PCI et l’USB pour les

clés WiFi externe

Les cartes accélératrices

Le rôle des cartes accélératrices est de décharger le microprocesseur des tâches qui demande

beaucoup de calcul

C’est une accélération matérielle dans le sens ou c’est un circuit externe qui va effectuer les

calculs.

Types d’accélération les plus utilisées :

- Accélération 2D/3D : dédiée à la synthèse d’image 2D/3D, elle est utile notamment

pour une meilleure qualité des jeux vidéo

- Accélération vidéo : améliore la compression/décompression des flux vidéo

- Accélération SSL : Les calculs cryptographique peuvent devenir une grande charge

pour le processeur central, surtout lorsque c’est du côté serveur. Le choix se fait alors

de dédier une carte électronique au décryptage des sessions SSL.

4.7 Les interfaces d’entrée/sortie

Ces interfaces constituent le « point d’échange » de l’unité centrale avec les périphériques

externes. Elles sont d’usages différents et diffèrent notamment par leur débit.

4.7.1 Interfaces à faible débit

Interface PS/2

Sa vitesse peut aller jusqu'à 25 kbits/s, elle est utilisée pour connecter le clavier et la souris au

PC, mais elle est de plus en plus remplacée par l'interface USB pour cette fonction.


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Figure 18 : connecteur PS/2

Interface Infrarouge Vitesse jusqu'à 4 Mbits/s, utilisée pour connecter un agenda personnel, un téléphone GSM,

toujours disponible sur les ordinateurs portables, rarement sur les PC de bureau, elle est

maintenant remplacée par les interfaces utilisant la norme Bluetooth.

Interface Série

vitesse jusqu'à 115 kbits/s, utilisée pour connecter modem, agenda personnel, téléphone

GSM, liaison de PC à PC, elle est quasiment remplacée par l'interface USB dans toutes ses

fonctions.

Figure 19 : câble série

Interface Parallèle Vitesse jusqu'à 1,2 Mbits/s, utilisée pour connecter une imprimante, pour une liaison PC à PC, en

cours de remplacement par l'interface USB pour toutes ces fonctions.

Figure 20 : câble parallèle


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4.7.2 Interfaces à débit moyen et élevé

Interface USB 1.1

Provenant de l'acronyme Universal Serial Bus, elle possède deux vitesses de transfert, 1,5

Mbits/s et 12 Mbits/s, utilisé pour connecter clavier, souris, manette de jeux, liaison PC à PC,

appareil photo et caméra vidéo à faible résolution, lecteur MP3, agenda mais aussi lecteur de

disquette standard ou ZIP, disque externe de sauvegarde, graveur de CD-RW, enceintes audio,

un certain nombre d'interfaces émulant des interfaces de générations antérieures telles

interfaces séries, parallèles, réseau, liaison PC à PC, SCSI, interface réseau sans fil à la norme

802.11b.

Après un démarrage laborieux, l'interface USB est devenue l'interface de choix par défaut

dans tous les cas où son débit limité n'est pas rédhibitoire. La généralisation de son utilisation

provient en grande partie de la simplicité à ajouter ou retirer tout élément périphérique qui

peut se faire "à chaud", c'est-à-dire sans arrêter le PC.

Interface USB 2.0

Vitesse jusqu'à 480 Mbits/s, utilisable pour connecter clavier, souris, manette de jeux, liaison

PC à PC, appareil photo et caméra vidéo à haute résolution, lecteur MP3, agenda, lecteur de

disquette standard ou ZIP, disque dur externe, graveur de CD-RW.

Interface USB 3.0

Le débit peut atteindre 5Gbit/s, et peut assurer les mêmes fonctions que précédemment.

Les nouveaux connecteurs sont compatibles avec les versions précédentes de l’USB

Les connecteurs sont de divers types : A, B, mini USB, micro USB

Avantages de l’USB : faible coût, auto-configuration, branchement « à chaud », haut débit …

Interface SCSI

Provenant de l'acronyme Small Computer System Interface, elle a été déclinée en plusieurs

versions depuis son apparition : SCSI-1 à 32 Mbits/s, SCSI-2, SCSI-3 et Wide SCSI jusqu'à

160 Mbits/s, Ultra 2 Wide SCSI à 640 Mbits/s.

Elle a toujours été utilisée pour connecter des disques durs de hautes performances mais

également les CD-R, CD-RW, DVD, scanners, imprimantes.

Elle permet la connexion d'un grand nombre de périphériques, 7 en général et même 31 pour

le Fast 40 et Ultra 2. Outre sa rapidité, elle fait peu appel au processeur central du système

grâce à la sophistication du contrôleur.

Elle assure ainsi d'excellentes performances de débits, indépendantes de la charge du

système. Mais de ce fait, l'interface n'est pas bon marché. Son plus gros inconvénient, la

limitation de la longueur des connexions qui est inversement proportionnelle à la fréquence

utilisée. Cet handicap a été levé par l'emploi de signaux différentiels sur l'Ultra 2 qui lui

permet de passer de 1,5 m à 12 m, bien que le débit soit doublé par rapport à la version Ultra.

Interface FireWire ou iLink

A été normalisée sous la référence IEEE 1394. Elle est aussi appelée SCSI Série du fait de son

mode de transmission. Elle présente de grandes similitudes avec l'interface USB telles que le

Plug&Play ou l'utilisation de trames. Elle est très utilisée dans les périphériques d'imagerie, en

particulier dans les caméscopes au standard DV.


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Figure 21 : câbles firewire

Interface HDMI

High Definition Multimedia Interface, est une interface numérique permettant le transfert de

données multimédia (audio et vidéo) non compressées en haute définition.

Elle existe en plusieurs variantes , le haut débit offert (~5Gbit/s) permet de transmettre :

des signaux audio multicanaux

des signaux vidéo en haute définition


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Annexe A : caractéristiques des BUS


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Source : http://www.gaudry.be/architecture-bus-comparatif.html

http://www.gaudry.be/architecture-bus-comparatif.html


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Annexe B : caractéristiques des disques durs

Le tableau ci-dessous présente des caractéristiques très détaillées d’une gamme de disques

durs (Berracuda)

Source : http://www.seagate.com/docs/pdf/datasheet/disc/ds_barracuda_7200_10.pdf

http://www.seagate.com/docs/pdf/datasheet/disc/ds_barracuda_7200_10.pdf

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