Chapitre 1 : STRUCTURE DES ORdINATEURS
L'ordinateur est une machine de traitement rationnel et
automatique de l'information. En général, l'on distingue quatre
grandes catégories d'ordinateurs : l'ordinateur portable (portable
computer), l'ordinateur de poche (palmtop computer ou pocket computer),
l'ordinateur portatif (laptop computer) et l'ordinateur de bureau (desk top
computer). Mais, il est important de signaler que seules la première et
la dernière catégories (desk top et portable computer) sont les
plus utilisées dans notre province.
Il faut noter que ce chapitre ne se veut pas adopter le
caractère d'aborder en profondeur le fonctionnement des
éléments importants de l'ordinateur ; mais, il voudrait fixer le
lecteur sur certaines notions essentielles de ces ordinateurs en vue d'avoir
une vision globale ou une connaissance générale sur ces
derniers.
1.1. définitions de concepts
Avant d'entrer dans le vif du présent travail, nous
pensons qu'il serait mieux d'abord de vous présenter ce petit glossaire
informatique de peur de mieux comprendre et bien approfondir les notions que
nous aurons à aborder dans les lignes suivantes. Ainsi donc, nous
pouvons épingler :
o BIOS: Acronyme de Basic Input Output System. Il s'agit d'un
ensemble d'instructions qui gèrent les fonctions
élémentaires (essentielles) de votre PC. C'est le Bios qui
indique au système d'exploitation que tel matériel va se mettre
à fonctionner et de quelle manière (2).
o Bogue : Erreur accidentelle ou panne dans un programme,
pouvant aboutir à une perte de données.
o Circuit : Matériel qui traite les informations au
niveau le plus bas dans l'ordinateur. Le processeur se charge des calculs et le
circuit de mémoire stocke les données (3).
o CMOS : Acronyme de Complementary Metal Oxyde Semiconductor.
Ce circuit de mémoire stocke les paramètres de configuration de
l'ordinateur ainsi que la date et l'heure. Les données sont
préservées gr8ce à une batterie (la pile CMOS).
o Configuration : Paramètres garantissant que le
matériel ou logiciel fonctionnera selon les préférences de
l'utilisateur (4).
o béfragmenteur : Programme qui range les fichiers sur
le disque dur. En
effet, Windows parvient à enregistrer toutes les portions
du fichier au
même endroit. Cette fragmentation ralentit la
récupération du fichier.
o bonnée : Représentation d'une information sous
une forme conventionnelle
destinée à faciliter son traitement.
o Fichier : Il s'agit d'une suite d'information binaire ou d'un
élément stocké sur un ordinateur.
o Instruction : Consigne exprimée dans un langage de
programmation (5).
o Lecteur : Matériel qui contient un disque. Le lecteur
dispose d'un moteur qui fait tourner le disque et la tate d'accès qu'il
pale celui-ci.
o Logiciel : Est un ensemble de programmes destiné
à réaliser, d'exécuter une t8che bien spécifique.
Par exemple, Microsoft Word, Excel. o Matériel : Il s'agit d'un
élément physique d'un ordinateur.
o Message d'erreur : C'est une petite fenêtre qui avertit
l'utilisateur qu'une panne s'est produite et lui propose parfois une
solution.
o Mettre à niveau : Améliorer les performances ou
les spécifications d'un
ordinateur en y ajoutant de nouveaux composants matériels
(6).
o Pilote : Composant log iciel permettant au système
informatique de
communiquer avec un périphérique.
o Port : Il est question d'un composant physique par lequel
passent toutes les informations échangées entre les divers
périphériques du PC. Il permet donc l'échange des
données. On l'appelle encore Bus.
o Périphériques : Ce sont de composants tels que la
souris, l'imprimante, l'écran,...divisés en
périphériques d'E/S internes qu'externes.
o Programme : Est un ensemble d'instructions (codes) servant
à effectuer une t8che donnée.
o Virus : logiciel, crée par un programmeur peu
scrupuleux, capable d'infiltrer votre ordinateur et de causer de graves
dég8ts (7).
Remarque : il convient de relever qu'une panne,
incapacité d'un système informatique ou
périphérique associé à fonctionner correctement,
peut être matérielle ou logicielle. Elle peut empêcher toute
utilisation d'un ordinateur ou périphérique. Et, elle se
distingue d'un problème informatique en ce sens que ce dernier est une
difficulté éprouvée par un quelconque utilisateur d'un
PC due au manque d'information dans l'exécution de son
travail ou d'une installation incomplète de l'un des logiciels ou
programmes du PC et/ou d'une action indésirable effectuée par la
machine. Il s'ensuit qu'un problème informatique ne peut, en aucun cas,
arrêter le bon fonctionnement d'un ordinateur car celui-ci se
présente quand l'ordinateur est en bon état mais suite à
défaillances précitées.
1.2. Architecture d'un PC
Un PC, tel que dit dans copyright Sybex 1996, est
constitué d'un certain nombre de composants assemblés dans un
boitier auquel sont reliés des accessoires appelés
périphériques. Il existe de nombreux modèles de PC qui
diffèrent par leur forme, leur taille, leur capacité, leur
vitesse, le nombre de périphériques auxquels ils peuvent
être connectés ou leur prix. Tous disposent cependant des
mêmes éléments de base qui permettent de remplir les
fonctions fondamentales d'un ordinateur. La réception des
données, leurs enregistrements, manipulations diverses et la fourniture
du résultat sont donc les t8ches les plus courantes de l'ordinateur. De
nombreux autres périphériques peuvent être mis en oeuvre
(entrée des données par scanner ou modem, enregistrement sur
bande magnétique, sortie sonore, etc.).
L'ordinateur est divisé en deux grandes parties : le
Software (la partie immatérielle ou l'intelligence) et le Hardware (la
partie matérielle). La structure de tout ordinateur est identique
même si l'on observe ci et là des moindres divergences. En
général, la structure d'un ordinateur comprend cinq
éléments principaux dont l'unité centrale de traitement,
les unités d'entrée et de sortie, les unités de
stockage(internes et externes) et un bus qui sert à véhiculer
l'information entre les composants de la machine. Le schéma physique
suivant nous démontre ladite structure (8):
Mémoire interne de
stockage/entrée
Microprocess
eur
Unité
Arithmétique
et Logique
ROM Lecture
RAM
Lecture/Ecritur
e
Communicatio
n Interne
Système de Bus
Registres
(Rangement
temporaire)
Interface de sortie
Interface
d'entrée
Section de Commandes
Périphériques de
sortie
Périphériques
d'entrée
j eux
Moniteur Imprimante
...
Clavier
Souris
Manette de
Numériseur Photostyle
Mémoire externe de
stockage/entrée
Disquette CD-ROM
Disque dur Bande magnétique (Zip,
Jazz,..)
1.2.1. Le Hardware
Le hardware, comme son nom l'indique, est la partie
matérielle d'un PC. Autrement dit, il s'agit des éléments
physiques, c'est-à-dire palpables, d'un ordinateur. Nous retrouvons dans
cette partie : les Interfaces d'entrée et de sortie, l'Unité
Centrale, ...
1.2.1.1. Les Périphériques d'E/S.
Les Interfaces d'entrée sont des
périphériques qui permettent le passage de l'information dans la
machine. Nous citons ainsi : Clavier, Souris, Manette de jeux,
Numériseur, Photostyle, ... Cependant, les interfaces de sortie : il
s'agit des périphériques qui font sortir l'information contenue
dans la machine à l'extérieur. Nous retrouvons parmi elles :
l'imprimante, l'écran, le Haut parleur, ...
1.2.1.2. L'Unité Centrale :
Les éléments qui composent l'unité centrale
sont notamment :
1.2.1.2.1. Le bo?tier et l'alimentation
Le boitier, un coff ret compartimenté accueillant tous
les composants de l'ordinateur, est l'une des caractéristiques
indispensables de ce dernier bien que sous entendu moins utile chez les
néophytes. Il est caractérisé par son format, sa norme et
son alimentation (9).
En plus de deux formes du boitier cité par GALLOT, il
existe une troisième forme de boitier pour les portables
(10).
o Le PC à boitier horizontal ou le format bureau ou
desk
o Le PC à boitier vertical ou tower (tour).
o Les boitiers des ordinateurs portables sont de type horizontal
En ce qui concerne la norme du boitier, nous retrouvons à ce jour
différentes catégories : AT, ATX et NLX présentant chacune
des avantages et des incovénients. Le but, comme cela est
détaillé dans le site Africacomputing, de ces divers formats est
de permettre un montage aisé
des différents composants. Il permet aussi une
meilleure circulation d'air af in de refroidir certains composants.
bésormais, ces composants sont intégrés sur la carte mere.
Si actuellement les cartes au format ATX sont les plus vendues, il convient de
surveiller le format NLX. Ce dernier permet en effet une
évolutivité plus aisée.
L'alimentation est également un des
éléments capitaux dans le fonctionnement de l'ordinateur car sans
elle, rien ne peut marcher ou fonctionner. Elle fait presque toujours partie
intégrante du boitier. Elle est équipée d'un ventilateur
dont le r6le consiste à éviter toute surchauffe en
évacuant l'air de l'intérieur vers l'extérieur du
boitier.
Les alimentations des PC sont des transformateurs qui
abaissent dans un premier temps la tension du secteur 220V en tension
acceptable par les circuits. La tension de fonctionnement doit pouvoir varier
entre 220V et 230V. Elle a pour r6le de distribuer l'énergie
électrique à chaque composant du PC et selon sa consommation.
Gr8ce aux ponts redresseurs et par des composants servant à stabiliser
la tension, elle peut transformer les 220V du secteur en 5 et 12 volts et les
envoyer aux composants du PC selon le beso in.
1.2.1.2.2. La carte mère
La carte mere est un élément essentiel de votre
ordinateur, c'est à elle que tous vos périphériques sont
connectés. Votre scanner, votre imprimante, votre modem, votre clavier,
votre souris... Bref tous les éléments externes que vous utilisez
couramment. Mais il n'y a pas seulement les éléments
extérieurs à votre ordinateur que vous voyez et utilisez qui sont
connectés à la carte mere, il y a aussi la carte graphique, la
carte son et toutes les autres cartes qui y sont connectées...
Il y a aussi encore autre chose de connecté sur cette
fameuse carte, le processeur ! Cet élément est souvent un des
éléments le plus cher dans l'achat d'un ordinateur, et c'est de
cet élément que tout le monde parle ! Sans ce composant, votre
ordinateur n'est rien !
1. Les connecteurs d'extension
Une bonne partie de la carte mère est
monopolisée par les connecteurs d'extension ou slots (en anglais). De
par leur nom indiqué, c'est gr8ce à eux qu'on peut ajouter
plusieurs périphériques internes (cartes d'extension) pour la
performance ou l'ajout des nouvelles fonctionnalités à la
machine. Les différentes familles de périphériques
internes sont (11) :
o Les cartes graphiques, indispensables pour envoyer les
informations vers l'écran.
o Les cartes son, grace auxquelles les applications
multimédias et les jeux ont gagné en convivialité.
o Les modems, permettant de communiquer avec le monde
extérieur.
o Les cartes Ethernet, pour connecter à un réseau
d'entreprise.
o Les cartes d'acquisition Vidéo, servant à
transférer des séquences vidéo vers un PC.
o Les cartes contr6leurs, apportant de nouvelles
possibilités à la machine ; comme la faculté de piloter
les disques durs SCSI, des périphériques externes Fire Wire ou
USB, ect.
2. Le microprocesseur (12)
Le microprocesseur, élément le plus important
de tout l'ordinateur, tire son nom de sa fonction. Il est l'une des seules
entités de la machine (en tout cas la plus importante), capable
d'exécuter des instructions. C'est lui qui lit vos programmes, et les
exécute, en travaillant avec la mémoire, ...
La mémoire vive étant externe au processeur, et
la récupération de données étant bien plus lente
que lui, le processeur dispose de deux types de mémoires. b'une part, il
a la mémoire cache, qui contient la liste des prochaines instructions
à exécuter, ainsi que les données auparavant en
mémoire vive nécessaires à l'exécution des ces
instructions. La mémoire cache ayant des vitesses d'accès proches
de la vitesse du processeur, la copie des prochaines instructions à
exécuter améliore grandement les performances. L'ordre de
grandeur de la taille de cette mémoire est de 8ko pour la mémoire
cache L1, cadencée à la vitesse du processeur, et 256ko, voir
512ko de cache L2, souvent cadencée à la moitié de la
vitesse du
processeur. Et d'autre part, il y a aussi un autre type de
mémoire: les registres. Les registres sont une sorte de tiroirs pouvant
contenir une puissance de 2 bits, avec un maximum de 2n bits (soit
32 bits, c'est à dire 4 octets pour un processeur dit 32 bits).
Ces registres sont accessibles directement lors de l'exécution des
instructions, et ils gardent des informations sur linstruction à venir.
bans le fonctionnement du processeur l'on trouve :
o Une UAL pour effectuer des opérations
arithmétiques et logiques.
o Un registre dinstruction associée à un
décodeur permettant de décomposer et d' organiser l'
exécution de l' instruction.
o Un certain nombre de registres internes, pour stocker
temporairement des données ou les bits de conditions.
o Un système de gestion d'adresses, permettant la
localisation des informations, qu'elles soient données ou
instructions.
o Un ensemble de Bus, permettant de véhiculer soit des
données, Bus de données, soit des adresses, Bus d'adresse, soit
des informations permettant de contr6ler ces transferts, Bus de contr6le.
Et tout cela est cadencé par une horloge, dont la
fréquence est connue sous le nom de fréquence du processeur.
3. Le Chipset
Le chipset est le chef d'orchestre de la carte mère,
assurant la coordination de tous les éléments du PC. C'est
également lui qui définit les possibilités de tous les
composants, y compris celles du processeur. C'est en fait le coeur (ou le
cerveau) de la carte et c'est ce composant électronique qui gère
une bonne partie des échanges de données qui transitent par la
carte mère. De nombreux chipsets ont existé pour les cartes
mères de type Pentium (Socket 7: c'est le nom du support du processeur).
Chaque nouveau chipset remplace le précédent dans les normes car
il apporte la compatibilité avec (ou si vous préférez la
gestion) de nouveaux standard sir
(13).
De nos jours, le chipset est composé de deux
éléments : le Northbridge (chargé de contr6ler les
échanges entre le CPU et la mémoire vive. C'est pour cela qu'il
est placé proche du processeur. Concrètement, il gère
les
échanges avec la mémoire, le bus AGP <<
pour les cartes graphiques >> et le bus PCI pour tous les autres
connecteurs d'extension << carte son, réseau,.. >>) et le
Southbridge, du nom contr6leur d'E/S ou d'extension, (ce pont sud gère
les communications avec les périphériques d'E/S).
4. L'horloge et la pile ou l'accumulateur
(14)
L'horloge temps réel (également notée
<< TRC >>, ou Real Time Clock) est un circuit chargé de la
synchronisation des signaux du système. Elle est constituée d'un
cristal qui, en vibrant, donne des impulsions (appelées les <<
tops d'horloge >>) af in de cadencer le système. On appelle
fréquence d'horloge (exprimée en Mégahertz) le nombre de
vibrations du cristal par seconde, c'est-à-dire le nombre de tops
d'horloge émis par seconde. Plus la fréquence est
élevée, plus il y a de tops d'horloge et donc plus le
système pourra traiter rapidement les informations. L'horloge est donc
aussi une partie importante de la carte mère. Car tous les
éléments de la carte mère doivent être
synchronisés ; et en plus, tout composant de celle-ci émet un
signal, dit d'horloge. C'est par rapport à ce signal que toutes les
vitesses de tous les composants du PC sont définies. Il s'agit là
de la fréquence même du processeur. Ainsi, plus la
fréquence du processeur est élevée, plus le PC
réagit vite. Mais cela ne veut pas dire que le PC est performant car la
performance dépend de la vitesse du bus frontal du processeur.
Lorsque vous mettez votre ordinateur hors tension,
l'alimentation cesse de fournir du courant à la carte mère. Or,
lorsque vous rebranchez, votre système d'exploitation est toujours
à l'heure bien que l'unité centrale n'ait été
alimentée pendant un certain temps. En réalité, même
lorsque votre PC est débranché ou qu'une panne
d'électricité intervient, un circuit électronique
appelé CMOS (littéralement << Complementary metal-Oxyde
Semi-conductor >>, parfois appelé BIOS CMOS) conserve certaines
informations sur le système, y compris l'heure et la date. Le CMOS est
continuellement alimenté par une pile (au format pile, bouton)
située également sur la carte mère. Ainsi, les
informations sur le matériel installé dans l'ordinateur (comme
par exemple, le nombre de pistes, de secteurs de chaque disque dur) sont
conservées dans le CMOS. bans la mesure où le CMOS est une
mémoire lente, certains systèmes recopient parfois le contenu du
CMOS dans la RAM (mémoire rapide), le terme de << memory
Shadow >> est utilisé pour désigner ce
processus de copie en mémoire centrale.
5. Le Bus
En informatique, le bus est un ensemble de liaisons physiques
(comprenant les c8bles, des pistes de circuits imprimés, etc.) pouvant
être exploités en commun par plusieurs éléments
matériels af in de communiquer (15) .
Il s'agit d'un ensemble de lignes électriques ayant pour r6le la
communication ou l'échange des données entre différents
composants de l'ordinateur. Le bus relie la carte mere à la
mémoire centrale du PC et aux cartes engagées dans les
connecteurs. C'est donc un lieu d'échange ou une voie où
transitent les signaux entre les composants de l'ordinateur.
Le bus est caractérisé par le nombre, la
disposition de ses lignes et la fréquence de fonctionnement. Autrement
dit, il est caractérisé par le volume d'information transmis
simultanément correspondant au nombre de lignes sur lesquelles les
données sont envoyées de manière simultanée. Nous
distinguons trois sortes de bus (16) :
o Le Bus de données : ce n'est d'autre qu'un groupe de
lignes bidirectionnelles sur lesquelles se font les échanges de
données (data) entre le processeur et son environnement (RAM, interface,
etc.). Ce bus véhicule les informations de ou vers la mémoire ou
encore de ou vers une unité d'entrée/sortie.
o Le Bus d'adresse : il est constitué d'un ensemble de
lignes directionnelles, donnant au processeur les moyens de sélectionner
une position de la mémoire ou un registre en place sur l'une ou l'autre
des cartes d'interf aces connecteurs sur la carte mere.
o Le Bus de contr6le : ce bus transmet un certain nombre de
signaux de synchronisation qui assurent au microprocesseur et aux
différents périphériques en ligne un fonctionnement
harmonieux. C'est le maître d'oeuvre assurant la coordination d'une suite
de signaux transmis au processeur.
Remarque :
o Il est à noter que pour communiquer, deux bus ont
besoin d'avoir la même largeur. Cela explique pourquoi les barrettes de
mémoire vive doivent parfois être appariées sur certains
systèmes. A titre d'exemple, sur Pentium dont la largeur du bus
processeur était de 64 Bits, il serait important d'installer les
barrettes de mémoire d'une largeur de 32 bits par paire.
o Le but des bus étant de réduire le nombre de
communication entre différents composants en mutualisant celles-ci sur
une seule voie de données ; dans le cas où la voie de
communication sert uniquement à la communication de deux composants
matériels, on parle parfois de << Port > (port série,
port parallèle, port USB, port FireWire,...) (17).
6. Les mémoires
La mémoire, sans laquelle les données saisies
seraient sans importance, est un élément capital pour toute
machine. Nous retrouvons généralement les types de
mémoires suivantes :
o La mémoire vive, aussi
appelée RAM (Random Access Memory, ce qui veut dire mémoire
à accès aléatoire) est la mémoire principale de
l'ordinateur, elle permet de stocker les données lors de
l'exécution d'un programme. Ce stockage est temporaire car elle ne
permet de stocker des données que tant qu'elle est alimentée
électriquement. A chaque fois que l'ordinateur est éteint, toutes
les données présentes en mémoire vive sont
complètement effacées. Il faut faire attention à ne pas la
confondre avec le disque dur, mémoire de masse ! Il existe plusieurs
sortes de mémoire vive, la plus courante depuis sa sortie en 1997 est la
SbRAM qui est sous forme de barrettes. Elle existe en une version plus
performante appelée bbR RAM (18) .
C'est ce type de mémoire qui est actuellement le plus vendu. Ces
mémoires sont sous forme des barrettes telle que la SbRAM.
o La mémoire morte ou ROM (Read Only
Memory, ce qui veut dire mémoire ineffacable). Souvent, il s'agit de
type de mémoires se trouvant dans le BIOS auxquelles aucune modification
n'est possible. Seule la lecture des informations est possible à la
différence de la mémoire RAM sur laquelle on peut lire et
modifier
les informations. Mais actuellement, avec l'évolution
de la technologie, il existe de types de ces mémoires qui maintenant
remplissent la condition de RAM. Elles portent le nom de, PROM (Programmable
Read Only Memory), EEPROM (Extended Erasable Programmable Read Only Memory)...
C'est pourquoi aujourd'hui l'on parle de << flasher le BIOS).
o La mémoire cache : bans un
ordinateur récent, le processeur est généralement le plus
rapide. Il peut ainsi traiter une quantité d' information
extrêmement conséquente par seconde et donc répondre dans
un délai très court à toute demande. Cette situation
serait idyllique s' il était approvisionné suffisamment
rapidement en données, ce qui n'est malheureusement pas le cas. En
effet, les mémoires de masse, tel q'un disque dur, sont beaucoup trop
lentes pour garantir un débit suffisant. La mémoire vive permet
d'améliorer le temps d'accès mais reste bien en
deçà des possibilités du processeur. La mémoire
cache permet de corriger grandement ce problème. Composée de
mémoire SRAM donc très rapide, elle diminue le temps d'attente du
processeur. Malheureusement, son coOt extrêmement élevé en
empêche l'usage comme mémoire vive. En effet, la quantité
requise placerait un PC à un prix inabordable. Elle est donc
utilisée en petites quantités sur la carte mère de
manière à apporter des gains de vitesses seulement là
où cela est vraiment nécessaire. Il convient de ne pas confondre
la mémoire cache physique (L1 ou L2) avec les autres sortes de caches.
Une mémoire de masse peut-être vendue avec une mémoire
cache intégrée. Ainsi de plus en plus de disques durs sont vendus
avec de petites mémoires caches intégrées, qui ont pour
effet d'en accélérer le débit. bans certains cas, on parle
de cache disque, tels que Smartdrive (fourni avec le bos). Il ne s'agit ici que
d'une fonction logicielle qui permet d'augmenter le débit d'un disque
(dur ou Cb). Le procédé est simple, une partie de la
mémoire vive est utilisée comme tampon pour les écritures
sur ledit disque. Si cela permet effectivement d'en augmenter un peu les
performances, c'est au détriment de la mémoire utilisable.
o Les mémoires auxiliaires :
appelées encore mémoire de masse, on retrouve dedans les
mémoires amovibles (la disquette simple, ZIP, JAZZ, les clés USB,
..) et les mémoires inamovibles (le disque dur,..).
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