Chapitre II : Architecture moderne d’un Ordinateur
II.1 Introduction :
Dans ce chapitre nous parlant des ordinateurs de type PC.
Le terme PC (Personal Computer) a été introduit en 1981 lorsque la firme IBM (Internal Business Machines) a commercialisé pour la première fois un ordinateur personnel destiné à une utilisation familiale.
Depuis, les domaines d’application du PC ont énormément évolué…. De la gestion de production à la gestion de systèmes d’acquisition, en passant par la reconnaissance de forme ou le traitement de l’image, ses domaines d’utilisation sont extrêmement riches et variés. Pour cela, le PC est défini par une architecture minimale laissant la liberté à chacun de rajouter les périphériques d’entrée/sorties nécessaires à l’utilisation visée, qu’elle soit familiale ou professionnelle. Un PC est composé par une unité centrale associée à des périphériques (clavier, moniteur, carte d’acquisition, etc…)
II. L’Unité Centrale
Elle est composée par :
La carte mère
Le microprocesseur
La mémoire
La carte vidéo
Les périphériques internes de stockage
II.2.1 La carte mère :
La carte mère est l'un des éléments essentiels d'un ordinateur. Elle assure la connexion physique des différents composants (processeur, mémoire, carte d'entrées/sorties, ...) par l’intermédiaire de différents bus (adresses, données et commande). Plusieurs technologies de bus peuvent se côtoyer sur une même carte mère. La qualité de la carte mère est vitale puisque la performance de l’ordinateur dépend énormément d’elle. On retrouve toujours sur une carte mère :
le chipset : c’est une interface d’entrée/sortie. Elle est constituée par un jeu de plusieurs composants chargé de gérer la communication entre le microprocesseur et les périphériques. C’est le lien entre les différents bus de la carte mère.
le BIOS (Basic Input Ouput Service) : c’est un programme responsable de la gestion du matériel : clavier, écran, disques durs, liaisons séries et parallèles, etc... Il est sauvegardé dans une mémoire morte (EEPROM) et agit comme une interface entre le système d’exploitation et le matériel.
l’horloge : elle permet de cadencer le traitement des instructions par le microprocesseur ou la transmission des informations sur les différents bus.
les ports de connexion : ils permettent de connecter des périphériques sur les différents bus de la carte mère. Il existe des ports « internes » pour connecter des cartes d’extension (PCI, ISA, AGP) ou des périphériques de stockage (SCSI, IDE, Serial ATA) et des ports « externes » pour connecter d’autres périphériques (série, parallèle, USB, firewire, etc …)
Le socket : c’est le nom du connecteur destiner au microprocesseur. Il détermine le type de microprocesseur que l’on peut connecter.
II.2.2 Architecture d’une carte mère
Ici le chipset est composé par deux composants baptisé Pont Nord et Pont Sud. Le pont Nord s’occupe d’interfacer le microprocesseur avec les périphériques rapides (mémoire et carte graphique) nécessitant une bande passante élevée alors que le pont sud s’occupe d’interfacer le microprocesseur avec les périphériques plus lents (disque dur, CDROM, lecteur de disquette, réseau, etc…).
On voit apparaître différents bus chargés de transporter les informations entre le microprocesseur et la mémoire ou les périphériques :
Bus processeur : on l’appelle aussi bus système ou FSB (Front Side Bus). Il relie le microprocesseur au pont nord puis à la mémoire. C’est un bus 64 bits.
Bus IDE : il permet de relier au maximum 2 périphériques de stockage interne par canal (disque dur ou lecteur DVDROM/CDROM). Son débit est de 133 Mo/s. Lorsque 2 périphériques sont reliés sur le même canal, un doit être le maître (prioritaire sur la prise du bus) et l’autre l’esclave.
Bus PCI (Peripheral Component Interconnect) : Il a été créé en 1991 par Intel. Il permet de connecter des périphériques internes. C’est le premier bus à avoir unifier l’interconnexion des systèmes d’entrée/sortie sur un PC et à introduire le système plug-and-play. Il autorise aussi le DMA. C’est un bus de 32 bits. On retrouve une révision du bus PCI sur les cartes mères de serveur ayant une largeur de bus de 64 bits et une fréquence de 133 MHz.
Connecteurs PCI Express
Les connecteurs PCI Express sont incompatibles avec les anciens connecteurs PCI et possèdent des tailles variables et une plus faible consommation électrique. Une des caractéristiques intéressantes du bus PCI Express est la possibilité de brancher ou débrancher des composants à chaud, c'est-à-dire sans éteindre ou redémarrer la machine. Les connecteurs PCI Express sont reconnaissables grâce à leur petite taille et leur couleur anthracite :
Le connecteur PCI Express 1X possède 36 connecteurs et est destiné à un usage d'entrées-sorties à haut débit :
Le connecteur PCI Express 4X possède 64 connecteurs et est destiné à un usage sur serveurs :
Le connecteur PCI Express 8X possède 98 connecteurs et est destiné à un usage sur serveurs :
Le connecteur PCI Express 16X possède 164 connecteurs, et mesure 89 mm de long et a vocation à servir de port graphique :
Bus AGP (Accelered Graphic Port) : Il a été créé en 1997 lors de l’explosion de l’utilisation des cartes 3D qui nécessitent toujours plus de bandes passantes pour obtenir des rendus très réalistes. C’est une amélioration du bus PCI. Il autorise en plus le DIME (DIrect Memory Execution) qui permet au processeur graphique de travailler directement avec les données contenues dans la RAM sans passer par le microprocesseur à l’instar d’un DMA. C’est un bus 32 bits et son débit maximum est de 2 Go/s (en x8).
Bus ISA (Industry Standard Architecture) : C’est l’ancêtre du bus PCI. On ne le retrouve plus sur les nouvelles générations de cartes mères.
Bus SCSI (Small Computer System Interface) : c’est un bus d’entrée/sortie parallèle permettant de relier un maximum de 7 ou 15 périphériques par contrôleur suivant la révision du protocole utilisée. C’est une interface concurrente à l’IDE qui présente l’avantage de pouvoir connecter plus de périphériques pour des débits supérieurs. En outre, ces périphériques peuvent partager le bus lors d’un dialogue contrairement à l’IDE. Mais son coût reste très élevé… elle est utilisée pour les serveurs.
Bus USB (Universal Serial Bus ) : c’est un bus entrée/sortie plug-and-play série.
Dans sa deuxième révision (USB 2.0), il atteint un débit de 60 Mo/s. Un de ces avantages est de pouvoir connecter théoriquement 127 périphériques. Il supporte de plus le hot plug-and-play (connexion ou déconnexion de périphériques alors que le PC fonctionne).
Bus firewire : c’est un bus SCSI série. Il permet de connecter jusqu’à 63 périphériques à des débits très élevés (100 à 400 Mo/s). Ces applications sont tournées vers la transmission de vidéos numériques.
Liaison pont nord/pont sud : ses caractéristiques dépendent du chipset utilisé. Chaque fabricant a en effet développé une solution propriétaire pour connecter les deux composants de leur chipset. Pour Intel, c’est Intel Hub Architecture (IHA) dont les débits atteignent 533 Mo/s. Pour Nvidia (en collaboration avec AMD), c’est l’HyperTransport qui atteint des débits de 800 Mo/s.
Remarques :
Tous les bus « internes » (PCI, IDE, AGP) vont être amenés à disparaître très rapidement et seront remplacés par des bus série :
Le Serial Ata, remplaçant du bus IDE, présente des débits de 150 Mo/s qui passeront
bientôt à 300 Mo/s dans la prochaine révision du bus. Il permet de connecter des
disques durs ou des lecteurs optiques.
Le PCI Express, remplaçant des bus PCI et AGP, permet d’atteindre des débits de
250 Mo/s dans sa version de base qui peuvent monter jusqu’à 8Go/s dans sa version
x16 destinée à des périphériques nécessitant des bandes passantes très élevées (application graphique).
Les bus de connexions filaires tendent à être remplacés par des systèmes de communications sans fils. A l’heure actuelle, il existe :
Le Bluetooth qui offre actuellement un débit de 1 Mb/s pour une portée d’une dizaine
de mètre et qui va servir à connecter des périphériques nécessitant des bandes passantes faibles (clavier, souris, etc…).
Le WIFI (WIreless FIdelity Network) qui permet de connecter des ordinateurs en réseau. La dernière révision permet des débits de 54 Mb/s.
II.3 Adressage Mémoire :
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