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Table des matières

  • L'ordinateur, du point de vue matériel
  • -Le processeur
  • --Unité de contrôle et unité arithmétique et logique
  • --Registres
  • --BIOS
  • ---Processeur et horloge
  • ---Relativiser l'importance de l'horloge
  • ---«Surcadencer» un processeur
  • ---Technologies de processeurs
  • -Mémoire
  • --Avoir beaucoup de mémoire: pourquoi?
  • --Antémémoire (mémoire cache)
  • --Mémoires en lecture seule
  • ---Mémoire «Flash»
  • --Technologies de mémoire vive
  • ---DRAM (RAM dynamique) et SDRAM (DRAM synchrone)
  • ---SRAM (RAM statique)
  • -Disque rigide
  • --Le disque rigide, sur le plan matériel
  • ---Les CRC
  • --Partition d'un disque rigide
  • --Schéma d'une partition DOS ou Windows
  • ---Secteur de «boot» («boot sector»)
  • ---Table d'allocation de fichiers
  • ---Répertoire racine
  • ---Espace de données
  • -Bus
  • -Carte maîtresse (motherboard)
  • --Fentes d'extension («Expansion Slots»)
  • --Cartes
  • -Périphériques
  • --Catégories de périphériques
  • --Pilotes
  • Résumé et retour
  • -Schéma général
  • -Accès rapide aux instructions et aux données

  • L'ordinateur, du point de vue matériel

    Sur le plan matériel, qu'est-ce qu'un ordinateur?

    Tout d'abord, il faut faire attention de ne pas confondre ce qu'on voit d'un ordinateur personnel avec ce qu'est un ordinateur. En effet, un ordinateur peut être muni de gadgets comme un écran, une souris, un clavier, etc. mais ce n'est en rien nécessaire.

    L'ordinateur se compose principalement de quatre (4) composantes fondamentales:

    1. le processeur (on dit aussi microprocesseur pour un micro-ordinateur; le terme anglais est Central Processing Unit--CPU--ce qui se traduit en français par unité centrale de traitement--UCT);
    2. la mémoire, principalement la mémoire vive (le terme anglais est Random Access Memory--RAM). De façon générale, lorsque ce document utilisera le mot mémoire, ce sera en référence à la mémoire vive;
    3. le disque rigide (ont dit aussi parfois disque dur, un anglicisme dérivé du terme anglais qui est Hard Disk--HD);
    4. le bus du système (ou System Bus);
    5. le tout branché sur une surface qu'on nomme carte maîtresse.

    Le processeur

    Le processeur est l'unité centrale d'un ordinateur, contenant les circuits logiques capables de réaliser les instructions d'un programme.

    Les programmes que nous écrivons dans un langage évolué diffèrent beaucoup des programmes tels que perçus par le processeur, qui ne les reçoit qu'une fois ceux-ci traduits en langage machine. Les instructions effectivement réalisées par le processeur sont des additions, des soustractions, la comparaison de deux nombres, et le chargement à un endroit d'une donnée prise d'un autre endroit.

    Unité de contrôle et unité arithmétique et logique

    Vu plus en détail, le processeur peut être vu comme une créature à deux têtes:

    UCT

    UAL

    L'unité centrale de traitement reçoit les instructions à traiter, les décode, et décide de micro opérations[1] à effectuer pour mener à bien le traitement.

    L'unité arithmétique et logique (UAL... le terme anglais est Arithmetic and Logic Unit--ALU), qui se charge--son nom le dit--des opérations arithmétiques et logiques.

    L'unité arithmétique et logique peut parfois même être composée d'une unité logique et de deux unités arithmétiques, soit une pour les opérations sur des entiers et une autre pour des opérations sur des nombres à virgule flottante[2].

    Registres

    Le processeur réalise des opérations arithmétiques et logiques, utilisant pour variables de petits espaces physiques lui appartenant et qu'on nomme registres.

  • Un registre est l'un d'un petit ensemble d'espaces d'entreposage du processeur lui permettant de manipuler les instructions à traiter et les données propres à celles-ci.
  • Un registre doit être suffisamment gros (en nombre de bits) pour pouvoir contenir une instruction. Les Pentium dont nous faisons usage au Collège ont des registres 32 bits.

    Les noms des registres peuvent différer d'une plate-forme à l'autre: sur des processeurs Motorola, ils portent généralement des noms comme R0, R1, R2... alors que sur les processeurs Intel, ils portent des noms comme AX, BX, SP...

    BIOS

    Lorsqu'un micro-ordinateur est allumé, le microprocesseur charge les premières instructions à effectuer du système de base d'entrées/ sorties (en anglais Basic Input/ Output System--BIOS), qui fait partie de la mémoire morte du micro-ordinateur.

    Le schéma précédant montre le cycle de fonctionnement général (de haut niveau) d'un processeur. Celui-ci:

    1. reçoit une instruction à traiter (Entrée) par le bus du système;
    2. traite l'instruction en question. Au besoin, il va chercher en mémoire ou déposer en mémoire des données (via le bus de données);
    3. produit un résultat (Sortie) qui, généralement, se retrouvera en mémoire principale (voir plus bas) pour assurer la poursuite du cycle.
    Note: La distinction entre bus du système et bus de données suivra dans la section sur le bus, plus loin.

    Processeur et horloge

    L'action dans un ordinateur suit un rythme très précis; un tempo régulier, qui dépend d'un petit cristal qu'on nomme horloge pour décider du moment où exécuter la prochaine de ses opérations. Le cristal en question émet des pulsations à un rythme connu, et chacune constitue un «tic» d'horloge.

    Lorsqu'on achète un processeur à 500 MHz par exemple, cela signifie que l'horloge interne émet environs 5 millions de pulsations par seconde.

    La fréquence d'horloge des ordinateurs personnels, grosso modo, double à chaque année. À titre de comparaison, les processeurs 8088 de la compagnie Intel, qu'on trouvait dans les ordinateurs personnels en vogue au début des années '90, étaient cadencés à 4,77 MHz...

    Relativiser l'importance de l'horloge

    Sans que cela soit le seul facteur pour évaluer la performance d'un processeur, la fréquence de l'horloge a un impact sur cette performance. En langage machine, chaque opération prend un certain nombre de tics d'horloge à compléter; plus l'horloge émet de tics dans un intervalle de temps donné, plus il sera possible d'effectuer d'opérations dans un même laps de temps.

    Note:

    le paragraphe précédent est une simplification grossière; le calcul de la performance réelle d'un processeur ne doit pas se faire que par la fréquence de l'horloge, car ce facteur peut être trompeur. Mais entrer plus en détail dans cette question nous mènerait hors du cadre du cours 420 231.

    Limitons-nous à mentionner que chaque instruction machine prend un certain nombre de cycles d'horloge à accomplir--rarement un seul--et que le nombre de cycles d'horloge pour une opération donnée--une multiplication entière, par exemple--peut changer selon les processeurs.

    Soyez méfiant(e)s: si deux processeurs de même famille--par exemple, deux Pentium II--peuvent parfois être comparés en fonction de leur vitesse d'horloge respective, il est beaucoup moins adéquat de comparer deux processeurs de familles différentes--par exemple, un G3 et un Pentium II--selon ce seul critère.

    «Surcadencer» un processeur

    Il y a aussi une tendance à faire ce qu'on appelle du «overclocking», ou «surcadencer» le processeur, ce qui signifie faire fonctionner un processeur à une fréquence d'horloge plus élevée que celle pour laquelle il est garanti.

    En effet, l'achat d'un processeur cadencé à 500 MHz ne signifie pas que 500 MHz est la cadence la plus élevée possible pour ce processeur, mais bien que le processeur a été testé à cette cadence et qu'il ne devrait pas surchauffer si utilisé ainsi.

    Les processeurs surcadencés tendent à surchauffer, puisqu'ils sont offerts avec un système de refroidissement convenant à la cadence pour laquelle ils ont été vendus; les faire fonctionner à un rythme supérieur augmente la chaleur générée par la puce en question, d'où la surchauffe potentielle.

    Surcadencer un processeur peut être une manière «économique» d'augmenter la puissance d'un ordinateur, si fait avec prudence. Il existe des guides (des livres de recette) sur Internet pour tester son processeur en augmentant graduellement sa cadence, dans le but d'éviter des dégâts, mais surcadencer demeure une opération risquée.

    Un dernier avertissement: sans mise à jour des autres composantes d'un ordinateur, surcadencer un processeur peut donner des résultats décevants. Aucune des composantes de l'ordinateur, prise isolément, n'est à elle seule la cause du bon ou du mauvais fonctionnement de l'appareil en entier.

    Une carte maîtresse désuète, un bus insuffisant, une mémoire vive de trop petite taille, un système d'exploitation mal configuré, et vos efforts risquent d'être gaspillés.

    Technologies de processeurs

    Les familles de processeurs que vous êtes les plus susceptibles de rencontrer--mais ce ne sont pas les seules--à court ou à moyen terme sont les suivantes:

  • les processeurs Pentium de la compagnie Intel, qui occupent une place de choix sur le marché des ordinateurs personnels de par l'association stratégique de cette compagnie avec Microsoft. La génération en vogue au moment d'écrire ces lignes est celle du Pentium III, qui facilite le multimédia;
  • les processeurs AMD K6 et (plus récemment) K7 (aussi nommés Athlon[3]), une famille de compétiteurs robustes du Pentium. La compétition se faisait principalement au niveau des prix, du moins jusqu'aux processeurs Athlon, compétiteurs directs du Pentium III sur le plan des performances;
  • les processeurs de Motorola, qui équipent entre autres les MacIntosh. Les PowerPC et les iMac, sont équipés de processeurs G3 et G4, mais dans ce cas le géant IBM est aussi impliqué;
  • les processeurs Alpha, de Digital[4], qui sont des processeurs haut de gamme qu'on retrouve principalement sur des serveurs et des stations de travail où les demandes en fait de puissance de calcul peuvent être importantes;
  • les processeurs Celeron de Intel, qui sont des processeurs plus bas de gamme--parfois sans antémémoire--mais de moindre coût, et qui offrent de bonnes performances pour les calculs sur des nombres entiers. Dans le cas de calculs sur des nombres à virgule flottante (comme pour le son ou la vidéo), ils sont toutefois moins efficaces.

  • Pentium III


    AMD Athlon

    Mémoire

    La mémoire est un lieu d'entreposage des données et des instructions auxquelles le processeur peut rapidement avoir accès.

    En cours de fonctionnement normal, la mémoire contient habituellement les éléments principaux du système d'exploitation, et les parties en cours d'utilisation des programmes chargés en mémoire, avec leurs données.

    Le contenu de la mémoire vive est perdu lorsque l'ordinateur est éteint. Elle sert donc d'espace de travail pendant le fonctionnement normal de l'appareil, mais pas d'espace d'entreposage à long terme.

    La mémoire vive est accessible en lecture comme en écriture. Son contenu est donc sujet à changer continuellement par effet des différents programmes en cours d'exécution.

    On utilisera parfois le terme mémoire principale pour parler de la combinaison de la mémoire vive et de l'antémémoire (voir plus bas).

    Vitesse d'accès à la mémoire

    On parlera parfois de la vitesse d'accès à la mémoire en terme de nanosecondes (ns, une accès possible à chaque millionnième de seconde), parfois en terme de Mega-Hertz (MHz, millions d'accès possibles par secondes).

    La notation en MHz a la qualité qu'elle facilite, par exemple, la comparaison de la vitesse d'accès à la mémoire avec la vitesse du bus.

    Avoir beaucoup de mémoire: pourquoi?

    Il est avantageux pour un ordinateur d'avoir beaucoup de mémoire vive: lorsque celle-ci est pleine (plusieurs programmes en cours d'exécution, de larges fichiers en traitement, et ainsi de suite), il devient parfois nécessaire de libérer un peu d'espace mémoire pour assurer le bon fonctionnement de l'ordinateur.

    À ce moment, des sections de la mémoire seront entreposées sur le disque rigide (ce procédé s'appelle le «swapping») pour en être récupérées ultérieurement. Mais voilà: l'accès au disque rigide est beaucoup plus lent que l'accès à la mémoire, et chaque «swap» diminue grandement la vitesse générale d'exécution de l'ordinateur.

    Le «swapping» est donc parfois nécessaire, mais pas vraiment désirable.

    Avoir beaucoup de mémoire vive fait en sorte que celle-ci si remplit moins vite, et que son contenu doit moins souvent être soumis au «swapping». Cela permet à l'ordinateur de maintenir un meilleur niveau de performance.

    Antémémoire (mémoire cache)

    L'antémémoire, comme une antichambre, est une catégorie de RAM plus rapprochée du processeur, et donc à accès encore plus rapide. L'idée est que le processeur cherchera d'abord les instructions et les données requises dans son antémémoire, puis (si elles ne s'y trouvent pas) ira voir dans la RAM «normale».

    Pour que ceci soit un bon truc, il faut que l'antémémoire soit plus petite que la RAM, et que le processeur n'ait pas à y chercher longtemps.

    On qualifie la proximité de l'antémémoire et du processeur comme suit:

  • une antémémoire L1 (Level-1, de niveau 1) se trouve directement sur la puce du processeur;

  • une antémémoire L2 (Level-2, de niveau 2) est habituellement une puce distincte de RAM. Dans ce cas, la RAM principale sera souvent de type DRAM, et l'antémémoire sera de type SDRAM (voir plus bas).

  • Mémoires en lecture seule

    Il existe d'autres types de mémoire dites en lecture seule (le terme anglais est Read-Only Memory--ROM), et dont il faut connaître l'existence même si elles sont moins du ressort de l'informaticien(ne). On parlera par exemple de ROM programmable (PROM), ou effaçable et programmable[5] (EPROM).

    Ces mémoires en lecture seule servent à conserver des programmes et des données spéciaux et nécessaires au bon fonctionnement de l'ordinateur (comme le BIOS, que nous avons mentionné précédemment).

    Mémoire «Flash»

    La mémoire «flash» (en anglais, «flash RAM») est une sorte de mémoire non volatile et constamment sous tension pouvant être effacée et (re)programmée par blocs d'un certain nombre d'octets. C'est une variante plus rapidement modifiable des EEPROM (pour «electrically erasable programmable ROM») qui, eux, doivent être effacés et (re)programmés octet par octet.

    La mémoire «flash» contient souvent des instructions de contrôle essentielles comme le BIOS d'un ordinateur personnel. On peut modifier assez aisément le BIOS d'un PC si celui-ci est contenu dans une mémoire «flash» (exécuter un simple petit programme de mise à jour fait le boulot).

    Technologies de mémoire vive

    Il existe plusieurs «saveurs» de mémoire vive, et trois d'entre elles sont fréquemment mentionnées sur les spécifications du marchand à l'achat d'un ordinateur personnel.

    DRAM (RAM dynamique) et SDRAM (DRAM synchrone)

    La DRAM était, jusqu'à il n'y a pas si longtemps, la catégorie la plus communément rencontrée de RAM sur les ordinateurs personnels, alors que la SDRAM servait surtout aux antémémoires. Le prix de la SDRAM tend à être plus élevé que celui de la DRAM.

    Depuis peu, on trouve surtout des circuits de SDRAM sur les ordinateurs personnels.

    Pour comprendre la distinction entre SDRAM et DRAM, il faut se faire une image rapide de ce qu'est physiquement la mémoire vive.

    La mémoire vive entrepose, si on la regarde à la loupe, des bits, sous forme électrique...

  • la RAM dynamique (DRAM) doit être rafraîchie plusieurs centaines de fois par seconde. Son contenu est donc hautement volatile. La charge électrique de chaque bit est entreposée dans des petites cellules (capaciteurs et transistors) et doit être renouvelée très souvent;
  • la DRAM synchrone (SDRAM) fonctionne sous un principe différent qui fait en sorte que le courant circule à l'intérieur de la composante, plutôt qu'y entrer et en sortir très souvent. La synchronisation du mouvement se fait avec l'horloge du processeur, et facilite la tâche de ce dernier.
  • Certains bancs d'essai suggèrent que l'utilisation de SDRAM amène une amélioration de performance générale telle que l'absence d'antémémoire sur certains processeurs en vient à n'avoir qu'un faible impact. Soyez quand même sages, et évitez les processeurs sans antémémoire: les utilisateurs que vous êtes en profiteront sans l'ombre d'un doute.

    SRAM (RAM statique)

    La RAM statique (SRAM) conserve son contenu tant et aussi longtemps qu'elle reçoit du courant électrique, contrairement à la DRAM qui doit être périodiquement rafraîchie. La SRAM est plus rapidement accessible que la DRAM, mais coûte plus cher.

    On utilise surtout la SRAM pour une antémémoire ou pour le RAMDAC d'une carte vidéo (où l'accès très rapide est gage de succès).

    Disque rigide

    La mémoire vive, nous l'avons vu, est une unité d'entreposage «à court terme», un espace de travail pour les programmes en cours d'exécution.

    Pour fins de conservation à long terme des instructions et des données, de même que dans le cas où la mémoire se remplit et doit être délestée d'une partie de son contenu, il faut avoir accès à un espace d'entreposage «à long terme», soit:

  • de grande capacité; et
  • conservant son contenu même une fois l'ordinateur éteint.
  • On nomme parfois ces médias d'entreposage à long terme des mémoires de masse, ou de mémoires secondaires, parmi lesquels on trouve entre autres:

  • les disquettes--quoique dans ce cas, parler d'entreposage massif soit un peu abusif;
  • les rubans;
  • les disques optiques; et
  • les disques rigides.
  • Le disque rigide a ceci de particulier qu'il est fixe--en général--dans l'ordinateur, en contient presque toujours une partie des opérations à effectuer lors du démarrage; il sert aussi généralement de lieu d'entreposage pour les programmes les plus fréquemment utilisés, comme le système d'exploitation, à tel point qu'on le considère comme partie intégrante de l'ordinateur.

    Le disque rigide, sur le plan matériel

    Un disque rigide n'est pas tant un disque que plusieurs disques empilés les uns sur les autres, qui tournent continuellement. Chacun d'entre eux est consulté par un bras de lecture maintenu en suspension par coussin d'air alors que le disque tourne (car s'il y avait contact entre un bras de lecture et un disque, le disque serait endommagé).

  • La vitesse de rotation d'un disque rigide se mesure en révolutions par minute (rpm), et varie entre 4500 rpm et 7200 rpm selon le disque (il semble qu'il existe maintenant des disques rigides à 10000 rpm).
  • Les données entreposées sur une surface de disque sont organisées en cercles concentriques nommées pistes (en anglais: «tracks»).

    L'ensemble des pistes correspondantes sur les différentes surfaces d'un disque forment un cylindre.

  • On mesure le temps requis pour passer d'une piste à l'autre--ou d'un cylindre à l'autre--d'un disque rigide en millisecondes (ms).
  • Les pistes d'une surface sont elles-mêmes subdivisées en secteurs (en anglais: «sector»). La taille typique d'un secteur est 512 octets.

  • Le secteur est l'unité de base pour les accès au disque[6].
  • Chaque bras de lecture (sauf pour le plus en haut et le plus en bas) possède deux têtes de lecture, pour accéder en lecture ou en écriture à la surface supérieure d'un disque et celle du côté inférieur d'un autre.

  • La latence (en anglais: «latency») d'un disque est le temps requis, une fois qu'une tête de lecture est sur la bonne piste, pour atteindre le bon secteur. En moyenne, on parlera d'1/2 rotation d'un disque, soit entre 4 ms et 6 ms.
  • Toute donnée étant entreposée en un endroit précis (sur un secteur spécifique), sur le disque rigide, l'accès à une secteur demande que les têtes de lecture se déplacent au bon endroit (en anglais, on utilise le terme «seek» pour identifier ce déplacement). Le temps de déplacement des têtes influence, bien entendu, la performance du disque rigide.

    Les CRC

    Les disques rigides assurent en partie la sécurité des données de par des CRC (pour «cyclic redundancy checking»).

  • Le CRC est une méthode servant à détecter la présence d'erreurs dans les données.
  • Le CRC résulte d'un calcul simple appliqué sur un bloc de données d'une certaine taille, et est entreposé avec ce bloc. Lors d'un accès au bloc en question, on peut refaire le calcul en question sur ces mêmes données; si la réponse obtenue diffère du CRC, on en déduira que le bloc a été corrompu ou autrement endommagé.

    L'emploi d'un CRC sur un bloc de données permet de détecter des erreurs tenant d'un bit corrompu ou manquant. Cette protection n'existe pas sur tous les médias--entre autres, les disques optiques en sont dépourvus; sans être plus susceptibles de voir leurs données corrompues, ils sont à tout le moins incapables de détecter une éventuelle corruption.

    Partition d'un disque rigide

    Un même disque rigide peut être séparé logiquement en plusieurs partitions. Chaque partition portera un nom et aura sa propre organisation interne[7].

    Le tout premier secteur d'un disque rigide est généralement connu sous le nom de secteur de partition (en anglais: «Partition Sector» ou encore «Master Boot Record»). Ce secteur contient un petit programme (le «boot-strap») destiné à charger une partie du système d'exploitation en mémoire une fois l'ordinateur allumé.

    Il ne peut y avoir plus d'un secteur de partition sur un disque rigide, et c'est toujours le tout premier d'entre eux. Ce secteur contient aussi la table des partitions, qui décrit les partitions qu'on retrouve sur le disque.

    Note: Ce secteur est une cible de choix pour les virus informatiques, pour des raisons évidentes.

    Schéma d'une partition DOS ou Windows

    Le schéma suivant[8] présente (de haut niveau) l'organisation d'un disque rigide ayant deux partitions Windows, nommées C et D. L'organisation d'une partition pour un autre système d'exploitation--par exemple LINUX--serait différente[9].

    Secteur de «boot» («boot sector»)

    Au début de chaque partition, on trouve un secteur de «boot» (différent du «Master Boot Sector», qui décrit la partition et contient un court programme servant au chargement du système d'exploitation.

    On peut aussi trouver un secteur de «boot» sur une disquette (de démarrage).

    Table d'allocation de fichiers

    La table d'allocation de fichiers (en anglais «File Allocation Table»--FAT), qui décrit la position de tous les fichiers de la partition.

    Répertoire racine

    Le répertoire racine (en anglais Root Directory) est le point de départ de l'arborescence des répertoires. Il est parfois limité en capacité (contrairement aux sous répertoires)

    Espace de données

    Le reste de la partition--la plus grande partie, en fait--sert aux différents fichiers et sous répertoires de la partition: à son contenu à proprement dit.

    Bus

    Pour que le processeur, la mémoire, le disque rigide et ainsi de suite puissent communiquer, il faut qu'ils soient tous physiquement reliés les uns aux autres. La composante matérielle qui assure ce lien dans l'ordinateur se nomme le bus.

  • Dans un ordinateur, le bus est le chemin sur la carte maîtresse permettant aux données et aux instructions de circuler entre le processeur et les autres composantes qui y sont connectées (comme le disque rigide, les différentes cartes d'extension, la carte graphique, le lecteur de disque optique, etc.)
  • Un bus a deux propriétés essentielles:

  • sa bande passante. Pensez à la différence entre une autoroute à deux voies et une autre à trois voies: plus il y a de place pour passer, plus on peut y accepter de voitures en même temps. Le principe est le même: un ordinateur dont le bus a une bande passante de 32 bits aura tendance à offrir de meilleures performances qu'un ordinateur similaire muni d'un bus dont la bande passante se limite à 16 bits;
  • sa vitesse d'horloge. Comme le processeur, qui peut (grossièrement) effectuer une opération par cycle d'horloge (tic! tic!), le bus laisse aussi passer des données à un rythme bien précis. Un bus à 100 MHz laissera passer plus de données par secondes qu'un autre de même largeur de bande, mais cadencé à 80 MHz.
  • Le bus d'un ordinateur est un chemin de transmission sur lequel circulent des signaux qui peuvent être offerts ou saisis par n'importe quelle composante y étant attachée. Chaque signal transporte avec lui l'information nécessaire pour identifier ses destinataires; ainsi, seules les composantes destinées à recevoir un signal donné s'en saisiront.

    Il semble que le terme bus soit tiré de la similarité de ce procédé avec la routine des autobus, qui s'arrêtent à différents points sur leur trajet pour embarquer ou débarquer des passagères comme des passagers.

    Carte maîtresse (motherboard)

    De même, pour que tout ce beau monde se rencontre, il faut qu'ils soient quelque part. On nomme ce lieu où toutes les composantes sont branchées et reliées par le bus la carte maîtresse (en anglais: «motherboard»).

  • La carte maîtresse est le lieu physique où se retrouvent connectés les circuits et composantes de base d'un ordinateur.
  • Généralement, sur une carte maîtresse, on retrouvera plusieurs circuits imprimés ou fixés sur une surface plane solide, le tout manufacturé d'un bloc.

    La technologie AT de IBM primait jusqu'à il n'y a pas si longtemps. Ces jours-ci, la spécification ATX (une mise à jour de la spécification AT) prime pour ce qui est de la conception des cartes maîtresses des ordinateurs personnels.

    On retrouve sur une carte maîtresse AT ou ATX les composantes suivantes:

  • le processeur (on parlera d'un microprocesseur, puisqu'on parle de carte maîtresse d'un micro-ordinateur);
  • de façon optionnelle, des coprocesseurs;
  • la mémoire;
  • le BIOS;
  • les fentes d'extension;
  • un tas de circuits accessoires; et bien sûr
  • le bus, qui relie les composantes de la carte maîtresse entre elles, et les relie toutes aux cartes dans les fentes d'extension.
  • Fentes d'extension («Expansion Slots»)

    Les ordinateurs offrent des fentes dites «d'extension» («Expansion Slots») permettant d'étendre leurs capacités en branchant des cartes offrant des fonctions supplémentaires.


    Fente d'extension ISA


    Fente d'extension PCI


    Fente d'extension SCSI

    Les fentes d'extension sont des séries de petits trous près les uns des autres (en général, on parlera d'entre 16 et 64 petits trous) et d'un espace suffisant pour insérer une carte contenant les circuits requis pour offrir des fonctions spécialisées (accélération de la vidéo, du son, contrôle d'un disque rigide, etc.)

    Cartes

    On nomme carte un ensemble de circuits offrant une extension des fonctions d'un ordinateur, offerte généralement sous la forme d'une surface plane de taille standardisée (pour en faciliter la connexion). On branche une carte dans une fente d'extension.

    On trouve, pour les ordinateurs personnels, deux (2) formats distincts de cartes, convenant à deux (2) formats standardisés de fentes d'extension.

    Une carte offre parfois une fonction qui lui est propre, comme par exemple une carte vidéo, ou encore permet le contrôle d'un périphérique, comme dans le cas d'un contrôleur de disque rigide.

    Périphériques

    L'ordinateur, en soi, n'a pas besoin d'un écran, d'un clavier ou d'une souris. Mais l'usager, lui, aime bien pouvoir communiquer avec l'ordinateur--c'est quand même légitime de sa part.

    On munit donc les ordinateurs d'unités d'entrée et de sortie qu'on nomme périphériques, (en anglais: «peripherals» ou--fréquemment--«devices») parce qu'elles sont en périphérie de l'ordinateur lui-même.

    Note:

    le disque rigide est présenté, dans le schéma, comme un périphérique. On le considère néanmoins comme partie intégrante de l'ordinateur dans la plupart des cas, du fait qu'il est fixe et interne à l'appareil. Pour fins schématiques, il demeure plus facile de le représenter comme l'un des périphériques d'entrée/ sortie avec l'unité de disquette et le lecteur de disque optique.

    Au sens strict, on considérera généralement périphérique toute unité qui peut être installée et remplacée individuellement. Le terme ne s'appliquera pas à la carte maîtresse, au processeur et aux coprocesseurs (s'il y a lieu), non plus qu'au bus ou à la mémoire vive.

    Nous ne présenterons pas ici tous les périphériques possibles et impossibles--ce serait ridicule et voué à l'échec. Nous prendrons toutefois soin de rappeler la distinction entre périphériques d'entrée, de sortie, d'entrée/ sortie, et nous discuterons brièvement du rôle des logiciels qu'on nomme pilotes.

    Catégories de périphériques

    On sépare les périphériques en trois grandes catégories, soit les périphériques d'entrée, de sortie et d'entrée/ sortie:

  • on nomme périphérique d'entrée un périphérique servant à communiquer à l'ordinateur des données provenant de l'extérieur (pensez à un clavier ou à une souris);
  • on nomme périphérique de sortie un périphérique permettant à l'ordinateur d'offrir des données au monde extérieur (pensez à un haut parleur ou à un moniteur);
  • on nomme périphérique d'entrée/ sortie un périphérique offrant à la fois les fonctions d'un périphérique d'entrée et d'un périphérique de sortie (pensez à un modem ou à une unité de disquette).
  • Les périphériques permettent à l'ordinateur de communiquer avec le monde extérieur, que ce soit avec l'usager ou avec d'autres ordinateurs. Ils font partie intégrante de l'utilisation de l'informatique, et gravitent autour de l'ordinateur.

    Pilotes

    Les périphériques arrivent à leurs fins lorsqu'utilisés par un programme écrit à cette fin. On nommera pilote (en anglais: «driver» ou «device driver») un programme--généralement petit--permettant aux autres programmes[10] de communiquer avec un périphérique spécifique[11] et de le contrôler.

    On trouve souvent une banque de pilotes fournis pour les périphériques les plus communs à un système d'exploitation donné lorsqu'on installe ce système d'exploitation. Pour l'installation de périphériques moins communs, ou plus récents, il est toutefois de mise d'installer soi-même les pilotes requis--qui seront alors offerts par téléchargement via Internet, ou sur un autre support tel qu'une disquette ou un disque optique.

    Grossièrement, un pilote effectue la traduction des instructions d'entrée/ sortie générales d'un système d'exploitation donné en des messages que le périphérique saura comprendre et traiter correctement.

    Résumé et retour

    Ce qui suit se veut à la fois un court résumé de ce que nous avons vu, et un retour schématique pour remettre les idées en place, en relation les unes avec les autres. Cette section se terminera sur une liste d'URL vous permettant de fouiner par vous-mêmes, si le coeur vous en dit.

    Schéma général

    Le schéma suivant est tiré de «http://ecol.webpoint.com/computer/parts.htm». Il présente clairement (quoiqu'en anglais) les différentes composantes entrevues dans le présent document, et apparaît comme l'intérieur--simplifié--d'un ordinateur personnel.

    Accès rapide aux instructions et aux données

    Le schéma suivant illustre brièvement la vitesse d'accès à différents types de mémoire. Plus on s'éloigne du processeur, moins la vitesse d'accès aux données est bonne.


    Table des matières

  • L'ordinateur, du point de vue matériel
  • -Le processeur
  • --Unité de contrôle et unité arithmétique et logique
  • --Registres
  • --BIOS
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  • ---Relativiser l'importance de l'horloge
  • ---«Surcadencer» un processeur
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    Notes

    [1]Les micro opérations ne sont pas au menu du cours 420 231, non plus qu'au menu du DEC en informatique. Elles sont mentionnées ici au passage, mais sont en général du ressort d'autres spécialistes de la haute technologie que des informaticien(ne)s.

    [2]À une époque pas si lointaine, c'est une puce séparée du processeur et qu'on appelait le coprocesseur mathématique qui se chargeait des opérations sur des nombres à virgule flottante.

    [3]Pour une comparaison des performances d'un Pentium III et d'un processeur Athlon, je vous suggère http://www.review-zone.com/hardware/processors/athlon_vs_pentium_III/page1.shtml

    [4]Digital appartient maintenant à Compaq.

    [5]Ces mémoires sont programmables par faisceau de lumière, impulsion électrique ou de par d'autres procédés mécaniques. Au sens d'un programme en cours d'exécution dans l'ordinateur, elles ne sont pas modifiables, d'où leur statut «lecture seule».

    [6]Ceci signifie que même si on vise à lire un seul octet d'un disque rigide, on se retrouvera à lire tout un secteur, bien qu'on n'ait pas à utiliser les parties dudit secteur ne nous intéressant pas. Ceci est dû au fait que les disques rigides implantent ce qu'on appelle un CRC (pour «cyclic redundancy checking»). Voir plus loin à ce sujet.

    [7]Ceci signifie qu'un même disque rigide peut être partagé, par exemple, entre plusieurs systèmes d'exploitation, chacun utilisant les partitions lui convenant. Ceci signifie aussi qu'il est possible, sur un ordinateur personnel utilisant Windows par exemple, de voir des disques portant les noms C: et D: même si concrètement, il n'y a qu'un seul disque rigide dans l'appareil.

    [8]Source: «http://www.grisoft.cz/elman/uk/data/harddisk.htm».

    [9]Pour les plus ambitieux et les plus ambitieuses parmi vous, l'hyperlien suivant discute de partitions LINUX: «http://www.metalab.unc.edu/mdw/HOWTO/mini/Partition.html».

    [10]En particulier le système d'exploitation, bien sûr.

    [11]Un pilote sert généralement d'interface à un périphérique (ou un groupe restreint de périphériques similaires) sur une plate-forme (ou un groupe de plates-formes proches l'une de l'autre). Les pilotes sont presque toujours des programmes efficaces, mais très spécialisés.