Cartes mères, processeurs, mémoires vives
 
I) Cartes mères
 
1) Qu’est ce qu’une carte mère et à quoi sert elle ?
 
C’est la carte principale de l’ordinateur (pour schématiser c’est le système nerveux). C’est l’élément de connexion de tous les composants de votre PC, elle permet à tous ses composants de communiquer entre eux. Elle a l’aspect d’une grande carte électronique. La carte mère de votre PC a une dimension d'environ 30 cm sur 20cm. Elle est plaquée sur l'un des panneaux de votre boîtier. Il existe plusieurs formats de cartes mères : AT (ancien), ATX (actuel) et BTX (prochain).
 
2) Aspect physique :
 
 
3) Différents connecteurs :
 
 
 
Les ports USB (Universal Serial Bus). Les ports USB sont très polyvalents car il est possible d'y brancher la plupart des nouveaux périphériques (imprimante, webcam, scanner, et bien entendu clavier et souris). Une carte mère en intègre par défaut deux.
 
Les ports série sont des prise mâles à 9 broches (appelés DB9). Ces connecteurs sont de moins en moins utilisés au profit des ports USB. Il y a encore quelques mois, ils étaient utilisés par les modems externes et quelques autres périphériques (souris, tablette graphique).
 
Le port parallèle est un connecteur femelle à 25 broches (DB25), souvent normalisé avec la couleur rose. Il est encore utilisé par certaines imprimantes.
 
Le port VGA, présent uniquement si votre carte mère intègre une carte graphique (cartes mères économiques). C'est sur se connecteur que se branche la plupart des moniteurs.
 
Le port MIDI, DB15 femelle normalisé en jaune peut être utilisé pour brancher une mannette de jeu ou un clavier musical.
 
Les ports audio peuvent ne pas être présents sur une carte mère (audio non intégré). Ils sont généralement au nombre de trois, haut-parleurs (vert), Line-in (bleu) et micro (rose clair).
 
Le socket est l'emplacement de la carte mère dans lequel vient se loger le processeur central de votre ordinateur.  
 
Les connecteurs IDE et floppy servent à brancher les disques durs, lecteurs CD et disquettes.
 
Les slots de la mémoire vive, la mémoire vive se présente sous forme d'une ou plusieurs barrettes qui viennent se clipser dans des slots intégrés à la carte mère.
 
Les ports PCI sont des slots d'extension situés sur la carte mère dans lesquels s'enfichent les périphériques internes sous forme de carte (carte modem, carte d'acquisition vidéo, etc...). Ils sont toujours de couleur blanche. Une carte mère en intègre entre 3 à 7.
 
Les ports ISA, sont des connecteurs assez anciens et presque plus présents sur les cartes mères actuelles. C’est l’ancêtre du port PCI.
 
Le port AGP, il peut ne pas être présent sur les cartes mères avec vidéo intégrée, puisque le port AGP est destiné à recevoir la carte vidéo de votre ordinateur sur laquelle est relié l'écran. Il s'agit d'un slot de couleur marron, situé juste au dessus des ports PCI. Le port AGP existe existe en différentes normes de débit AGP 2X, AGP 4X et AGP 8X, avec pour chacune de ces normes un débit des données plus rapide que la norme précédente. Le connecteur AGP n'est utilisable que par des cartes graphiques.
 
Le connecteur de l'alimentation, la carte mère est alimenté par du courant +5V et +12V lorsque vous mettez votre ordinateur en route. Un câble relie donc votre bloc d'alimentation à la carte mère.
 
 
4) Le BIOS :
 
Le BIOS (Basic Input/Output System) est un petit programme logé dans une mémoire morte, elle-même implantée sur la carte mère. Il est utilisé pour paramétrer les composants électroniques de votre ordinateur et certains de ses périphériques. C’est lui qui vérifie que chaque composant de votre PC est là. Il permet de régler certains périphériques afin d’en optimiser le fonctionnement. Il affiche un logo au démarrage de l’ordinateur. Ce BIOS peut être mis à jour pour un gain de stabilité. Mais l’opération est risquée ! Si une coupure de courant a lieu lors de la procédure de mise à jour, le PC a de grandes chances de ne plus démarrer !
 
5) Le chipset :
 
On appelle chipset (en français jeu de composants) l'élément chargé d'aiguiller les informations entre les différents bus de l'ordinateur afin de permettre à tous les éléments constitutifs de l'ordinateur de communiquer entre eux. Le chipset était originalement composé d'un grand nombre de composants électroniques, ce qui explique son nom; aujourd'hui il est composé de deux éléments :  
• Le NorthBridge est chargé de contrôler les échanges entre le processeur et la mémoire vive, c'est la raison pour laquelle il est situé géographiquement proche du processeur.  
• Le SouthBridge (appelé également contrôleur d'entrée-sortie ou contrôleur d'extension) gère les communications avec les périphériques  
II) Processeurs
 
1) Qu’est-ce qu’un processeur ?
 
Le processeur (CPU), aussi appelé microprocesseur, est le cerveau de l'ordinateur, c'est lui qui coordonne le reste des éléments, il se charge des calculs, bref il exécute les instructions qui ont été programmées.
Le premier microprocesseur (Intel 4004) a été inventé en 1971 :
 
2) Procédé de fabrication des processeurs :
La fabrication d'un microprocesseur est un procédé complexe dont la tendance est de se compliquer de plus en plus.  
La photolithogravure
Ce procédé est actuellement le plus répandu. Etapes du processus :  
Matière première
La matière première pour fabriquer les microprocesseurs est le silicium. Le matériau doit être pur à 99,99 %. On l'utilise sous forme de galette de 500 µm et ayant jusqu'à 100 mm de diamètre, appelé wafer. Un wafer va supporter de nombreux processeurs.  
 
Etapes de fabrication
Préparation de la couche : On expose le wafer à du dioxygène pur après chauffage pour fabriquer une couche d'oxyde en surface, ensuite le wafer est recouvert d'un verni photosensible.  
Transfert : On transfère le dessin du circuit à reproduire sur la surface photosensible à l'aide d'un masque, comme pour la peinture au pochoir, en l'exposant aux ultraviolets, puis le verni non soumis au UV est dissout grâce à un solvant spécifique.  
Gravure : L'oxyde de silicium est donc protégé aux endroits exposés aux ultraviolets, par le verni. Un agent corrosif va creuser la couche d'oxyde aux endroits non protégés.  
Dopage : On dissout ensuite le verni exposé avec un autre solvant et, des ions métalliques, appelés dopants, sont introduits dans l'oxyde de silicium restant, afin de le rendre conducteur.  
Couche suivante: L'opération est renouvelée pour créer les couches successives du microprocesseur (jusqu'à 20).  
Phases finales
On dépose une pellicule métallique aux endroits où le circuit devra être en contact avec les broches de sortie. L'aluminium est souvent employé dans ce but, mais une technologie plus performante permet l'emploi du cuivre.  
Les microprocesseurs sont testés directement sur le wafer.  
Le wafer est finalement découpé au diamant.  
Les puces ainsi obtenues sont insérées dans un boîtier individuel de protection et reliées aux broches qui vont leur permettrent de communiquer avec l'extérieur.  
Des tests de validation sévères et individuels sont alors entrepris pour qualifier les microprocesseurs
 
 
3) Différents fabricants et modèles :
 
Aujourd’hui, 2 grands fabricants de processeurs sont présents : Intel et AMD (Advanced Micro Device).
Actuellement : - Intel produit les Pentium 4 et les Celeron P4
   - AMD produit les Athlon XP  et les Duron
 
La puce rectangulaire placé sur la plaque est appelée core ou peut se traduire par cœur.
 
Intel a produit deux générations de Celeron. Celle que nous avons ici est la dernière. Un Celeron est en faite un Pentium 4 atrophié. Nous verrons pourquoi plus tard. Il en est de même pour les Duron de chez AMD.  
Derrière la plaque sont soudés des pins, qui sont de petites pattes en alliage avec de l’or.  
 
Intel                         AMD
Pentium 4 Celeron   Athlon XP Duron
 
   
 
   
 
 
 
4) Architecture d’un processeur :
 
La puce centrale du processeur possède une architecture particulière. Par le mot architecture, on entend la façon dont son disposés les parties de la puce. Car, le core est comme une petite usine ; il est divisé en parties. Chaque partie a un rôle bien déterminé.
 
Voici une photo d’un core de processeur :
 
 
 
5) A chaque processeur son socket !
 
Chaque processeur s’enfiche sur un socket bien particulier.  
Les Pentium 4 et Celeron P4 s’enfichent sur un socket 478 tandis que les Athlon XP et les Duron utilisent un socket A aussi appelé 462.
 
6) Fréquences :
 
La rapidité d’un processeur est déterminée par sa fréquence en Mhz pour les plus vieux et en Ghz actuellement.
On parle de Pentium 4 à 2.4 Ghz et d’un Athlon XP 2400+. L’écriture de la rapidité d’un AMD est plus complexe : le chiffre xxxx+ exprime en Mhz l’équivalent de ce processeur chez Intel. Alors qu’un Athlon XP 2400+ ne fait que 2 Ghz, il équivaut en rapidité à un Pentium 4 à 2.4 Ghz ! C’est pourquoi, à fréquences égales, les processeurs de AMD sont plus performants que ceux d’Intel. Par compte, dans le haut de gamme, Intel est clairement le leader incontesté et le Pentium 4 cadencé à 3.2 Ghz offre des performances exceptionnelles, bien meilleures que l'Athlon XP 3200 + :
 
 
 
7) L’Hyper-Threading, une nouvelle technologie :
 
Cette technologie, est propre aux derniers Intel Pentium 4, cadencés à une fréquence supérieur à 3 Ghz. Elle simule deux processeurs. Ainsi, même si un seul processeur physique est installé, le système d’exploitation (Windows 2000 ou XP) en détecte deux. Toutefois, un P4 à 3 GHz avec l’Hyper-Threading ne se comportera pas comme un ensemble à 6 Ghz ! Ce n’est pas non plus 2 fois 1.5 Ghz ! Ce procédé améliore les performances du Pentium 4 de 10 à 30%. A condition, que les logiciels utilisés soient capables de tirer profit de ce gain.
On peut donc dire qu’un P4 à 3 Ghz HT se comporte comme un P4 à 3.6 Ghz.
Cette technologie redéfinit les lois de l’arithmétiques : 1+1=1.2 ! (2 processeurs = 1.2 processeur dans le cas de l’HT).
 
 
 
 
 
 
8) Le cache :
 
Le cache est la mémoire vive intégrée au processeur. Sa capacité s’exprime en Ko (Kilo-octet). Il y a deux caches : le cache de niveau 1 (L1) situé sur le processeur
             le cache de niveau 2 (L2) situé sur le processeur
Lorsque le processeur effectue un calcul, il stocke le résultat dans le cache, ainsi, quand il se retrouve à calculer la même opération, il regarde d’abord dans le cache si le résultat n’est pas déjà stocké. Si il l’est, le processeur gagne du temps : il n’a pas besoin de le recalculer. Donc, plus le cache est grand, plus le processeur est rapide.
 
Lorsque Intel a créé les Celeron, il a tout simplement restreint le cache. Il réduisait ainsi les coûts mais vendait un processeur aux performances moindres. AMD lui, avec les Duron a juste désactivé une partie du cache. Il y a cependant possibilité de le réactiver en reliant certains points de soudure.
 
La rapidité d’un processeur dépend donc de deux facteurs : sa fréquence et la taille de son cache.
 
9) Le Front Side Bus et le coefficient multiplicateur :
 
La fréquence d’un processeur est réglée par deux valeurs : le FSB et le coefficient multiplicateur.
Le FSB est le bus principal de la carte mère. Sa vitesse s’exprime en Mhz. C’est lui qui détermine la vitesse de la mémoire, des périphériques PCI,… Sa fréquence est de 133, 166 Mhz pour les AMD et de 400, 533 et 800 Mhz pour les Intel.  
Le coefficient multiplicateur ne sert que pour le processeur. Il se multiplie avec le FSB pour donner la fréquence du processeur.  
 
Par exemple, pour un FSB à 133 Mhz et un coefficient multiplicateur à 15 :
133*15 = 1995 Mhz
La fréquence du processeur sera d’environ 2 Ghz.
10) l’overclocking :
 
 
Overclocking est un terme anglais composé qui correspond au fait de faire fonctionner un composant informatique à une vitesse supérieure à sa vitesse originelle. Littéralement, le terme signifie "forcer l’horloge". Le composant auquel habituellement cette technique s’applique est le processeur, mais ce surcadençage permet également d´accélérer la mémoire, les cartes vidéo et les dispositifs PCI, l´accès aux disques étant inclus dans ce dernier groupe dans la mesure où leurs contrôleurs, aussi bien IDE que SCSI, sont connectés à ce bus. Bien entendu, la pratique de l’overclocking n’est pas sans risques : le risque est grand de griller le processeur ! C’est d’autant plus dangereux que son remplacement ne sera pas pris en garantie.
 
Il y a deux possibilités d’overclocking : augmenter la fréquence du FSB, ou augmenter le coefficient multiplicateur. Sur les processeurs Intel et certains AMD, il est impossible de modifier le coefficient multiplicateur. Il faut donc monter le FSB. Arrivé à un certain niveau, le système est instable. Pour palier à ce problème, il faut augmenter la tension du processeur.  
 
Un processeur overclocké chauffe beaucoup, c’est pourquoi il faut utiliser des systèmes de refroidissement performant comme un refroidissement à eau ou l’usage d’un boîtier réfrigéré. Une équipe américaine est parvenue à faire fonctionner un Pentium 4 prévu pour 3.2 Ghz à une fréquence de 5.25 Ghz !
 
A titre d’exemple, voici les performances mon Athlon XP 2400+ overclocké à environ 2.3 Ghz :
 
 
 
 
III) Mémoires vives :
 
1) Qu’est ce que la mémoire vive ?
 
La mémoire vive, généralement appelée RAM (Random Access Memory), est la mémoire principale du système, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un espace permettant de stocker de manière temporaire des données lors de l'exécution d'un programme. A l’arrêt de l’ordinateur, toutes les informations stockées dans la mémoire sont effacées. Elle ne peut pas être utilisé comme un disque dur dans Windows.  
Elle se présente sous la forme de barrettes qu’il faut enficher dans les connecteurs de la carte mère.  
 
 
2) Les différents types de mémoire vive :
 
Il existe de nombreux types de mémoire vive, je vais traiter la SDRAM, la DDR-SDRAM et la RAMBUS.
 
• La SDRAM (Synchronous Dynamic RAM), apparue en 1997, permet une lecture des données synchronisée avec le bus de la carte mère.
 
 
• La DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM) est une mémoire basée sur la technologie SDRAM, permettant de doubler le taux de transfert de la SDRAM à fréquence égale.
 
 
• La DR-SDRAM ou RAMBUS (Direct Rambus DRAM ou encore RDRAM) est un type de mémoire permettant de transférer les données sur un bus de 16 bits de largeur à une cadence de 800Mhz, ce qui lui confère une bande passante de 1,6 Go/s. Comme la SDRAM, ce type de mémoire est synchronisé avec l'horloge du bus pour améliorer les échanges de données. En contrepartie, la mémoire RAMBUS est une technologie propriétaire, ce qui signifie que toute entreprise désirant construire des barrettes de RAM selon cette technologie doit reverser des droits (royalties) aux sociétés RAMBUS et Intel.
 
Chaque type de mémoire comporte des sous-types que l’on peut classer dans un tableau :
 
Type de Mémoire SDRAM DDR-SDRAM RAMBUS
Modèle PC 100 PC 133 PC 2100 PC 2700 PC 3200 PC 3500 PC 3700 PC 800
Fréquence (Mhz) 100 133 133 333 400 433 466 800
 
Dans un ordinateur, la fréquence de la mémoire doit être égale ou supérieur au FSB, mais jamais inférieur.