La carte mère contient quatre éléments de première importance lors de l'acquisition d'un PC :

- Le processeur ou CPU (Central Processing Unit) : il détermine les performances et la compatibilité de tout l'ordinateur. 

- La mémoire vive : sous forme de barrette SIMM (Single In-line Memory Modules) le plus souvent, voire de barrette EDO ou SDRAM pour les machines plus sophistiquées. Ce sont des modules de 4, 8 ou 16 Mégaoctets, enfichables sur la carte mère. Les cartes mères modernes utilisent les modules de mémoire au type de connecteurs SIMM.

 - Le BUS : tous les circuits électroniques de l'ordinateur communiquent avec le microprocesseur par l'intermédiaire du bus. Il existe actuellement trois types de bus : ISA, AGP et PCI.

- Le BIOS (Basic Input Output System) : c'est le premier système activé à la mise sous tension de l'ordinateur.

Appelé CPU (Central Processing Unit ), le processeur est " une unité centrale de traitement des données ", qui gère et contrôle les différentes opérations arithmétiques et logiques des processus informatiques. Le processeur est relié directement ou indirectement à tous les autres composants de la carte mère, c'est une pièce maîtresse dans l'ordinateur.

Il dispose de circuits d'adresses, de données et de contrôle que l'on nomme Bus du micro-processeur, à ne pas confondre avec le bus de l'ordinateur.

Un  processeur ne comprend que le langage "machine". Chaque instruction y est représentée par une valeur binaire, elle-même représentée par une suite de 0 et de 1 qui correspondent à des niveaux logiques. Pour sortir de cette logique complexe, les informaticiens ont conçu "l'assembleur", premier langage de dialogue avec la machine, qui est une représentation du langage machine plus facile à écrire et à comprendre par l'utilisateur.  Après ces premiers pas, les programmes devenant de plus en plus complexes, les langages pour dialoguer avec la machine ont évolué, plusieurs familles sont apparues tel que le C , le Basic, le JAVA, etc ..... Dans ce type de langage, c'est le compilateur qui traduit le code source en langage machine pour chaque type de processeur.

Le premier microprocesseur (Intel 4004) a été inventé en 1972.

La famille X86 des processeurs d'Intel ont une architecture CISC (Complete Instruction Set Computer : jeu de commandes complexes dont le traitement se fait en plusieurs étapes) par rapport à l'architecture RISC (Reduced Instruction Set Computer : jeu de commandes simples). Ce sont les deux grands types d'architectures que l'on retrouve dans les processeurs des ordinateurs.

On trouve bien sur d'autres modèles de processeur d'autres marques avec des architectures équivalentes ou non.

AMD : K6, K7, Duron ... CISC x86

IBM/Motorola G3, G4 RISC

Digital Alpha RISC

Évolution de la puissance de l'architecture x86 chez Intel, à partir du 486

80486

Il s'agit d'une unité centrale 32 bits, donc d'un processeur qui communique avec son environnement par l'intermédiaire de 32 conduits d'adresses et de données. Les unités fonctionnelles internes sont aussi reliées par des bus 32 bits. A partir de la série des 486, le processeur est un ensemble de quatre composants électroniques : un co-processeur mathématique, deux mémoires caches rapides de 4Ko et un contrôleur de mémoire. Il existe sous trois formes de fréquence (25, 33, 50 MHz), puis les "overdrives" doubleurs ou tripleurs de fréquence interne.

80486 DX2

Un 80486 DX2 a une horloge interne deux fois plus rapide que l'horloge de la carte mère. Ceci permet de faire des économies sur la fabrication des couches de la carte mère. Vitesse d'horloge : 50, 66 MHz

80586 ou Pentium

Le bus d'adresse fonctionne toujours sur 32 canaux. C'est donc une architecture 32 bits. Pourtant le Pentium peut accéder à la mémoire vive sur une largueur de 64 bits, alors que le 486 ne le faisait que sur 32 bits. On dispose de deux mémoires caches de 8 Ko, on peut donc obtenir avec une fréquence de 66 MHz une vitesse de transfert des données de 528 Mo/s. Le Pentium dispose aussi de deux unités de traitement en parallèle, deux instructions à la fois sont donc traitées par cycle d'horloge. De plus le co-processeur est lié aux unités de traitement par un bus de 64 bits. Il existe sous plusieurs horloges : 66 MHz, 75 MHz, 90 MHz,100 MHz, 120 MHz, 133 MHz.

Le 80686 ou P6 ? 1996 Le Pentium-pro

Comme le Pentium de dernière génération, le P6 est fabriqué en technologie 0,5 micromètre : il reprend le bus de communication large de 64 bits et fait appel à un cœur à 32 bits. Le P6 comporte 5,5 millions de transistors, contre 3,1 millions pour le Pentium et 256 Ko de mémoire cache. Il fonctionne à partir d'horloge à 150 MHz.

Le Pentium II (projet Klamath)

Il repose sur une architecture de 6e génération (P6).
Le processeur Pentium II est logé sur une face d'une carte fille. Les composants de la mémoire cache de niveau 2 prennent place sur l'autre face. Cet ensemble est appelé "cartouche SEC" ( Single Edge Connector ). Le Pentium II ne s'enfiche plus sur un support ZIF de type 8, mais dans un connecteur d'extension appelé slot 2.

Le Pentium II est optimisé pour les applications 16 et 32 bits, grâce à la présence d'un cache de segments de registre. Il intègre également la technologie MMX.

Le cache de niveau 1 est de 32 Ko. En revanche, le cache de niveau 2 externe, embarqué sur la cartouche, fonctionne à la moitié de la fréquence du processeur. Le bus externe fonctionne au maximum de 66 MHz.

Le Pentium fonctionne avec le chipset FX, mais une version dédié LX permet de gérer le bus AGP et le mode DMA 33 des disques durs, il est cadencé à 233, 266, 300, 400, 450 MHz

Technologie MMX (MultiMedia eXtension) :

MMX désigne une série de 57 instructions implémentées au cœur du processeur pour en améliorer les performances. Ces instructions principalement destinées au multimédia, permettent au processeur de traiter plusieurs opérations données simultanément lors d'une même instruction. Ainsi le Pentium MMX accumule à concurrence des 64 bits de son registre, jusqu'à huit données qu'il traite en un cycle d'horloge au sein d'une même opération, avant MMX ce type de traitement nécessitait au moins 8 fois plus de cycles d'horloge.

Cette technologie MMX apporte des améliorations notables dans le traitement graphique, la décompression vidéo, le son 3D si bien sûr le logiciel est programmé pour bénéficier de ces instructions logées au cœur du processeur.

 Le Pentium III

Ce processeur est fabriqué selon le procédé de gravure à 0,18 micron. Cadencés à des fréquences d'horloge allant jusqu'à 1 GHz, il dispose de 70 nouvelles instructions. Conçu sur les bases de la micro-architecture P6 d'Intel, le processeur Pentium III gére des BUS système allant jusqu'à 133 Mhz. La mémoire cache est intégrée au processeur et fonctionne à la vitesse du processeur, elle a une capacité de 256 Ko. Celeron II

Le Celeron II est un Pentium III très allégé avec une mémoire cache de second niveau plus faible (128ko) et moins performante. Il dispose des instructions identiques et sa finesse de gravure s'élève à 0,18 microns mais son bus reste à 66Mhz. On le trouve à des fréquences d'horloge jusqu'à 800 Mhz.

Le Pentium 4

Ce tout nouveau processeur est gravé en 0,13 microns. On le trouve à des fréquences d'horloge jusqu'à 1,5 Ghz. Le processeur Pentium 4 bénéficie d'un nouveau cache d'instruction de niveau 1 ("cache de traces d'exécution") qui permet une amélioration considérable de la gestion en antémémoire pour maximiser le traitement des sections de code les plus utilisées. La mémoire cache de niveau 2  est comme le Pentium III 256 Ko. Les unités arithmétiques et logiques (UAL) du processeur fonctionnent au double de sa fréquence interne. Il en résulte un débit accéléré et une moindre latence d'exécution. Le bus principal à 400 MHz assure un débit de 3,2 gigaoctets par seconde entre le processeur Pentium 4 et le contrôleur mémoire, soit le triple par rapport à son homologue Pentium III.

C'est l'un des composants les plus importants de l'ordinateur. Elle se présente sous forme de "barrette"où sont soudées des puces de mémoire.

La mémoire vive sert à charger des données et des programmes qui sont ensuite distribués aux différents organes de l'ordinateur. Son contenu peut être modifié et il est détruit lorsque l'ordinateur est mis hors tension.

Son temps d'accès est inférieur à 60 nanosecondes.

module de mémoire 128 Mo 

Le format de barrettes de mémoire vive :

• en 8 bits SIMM, pour les vieux PC ("30 pins" : 30 broches de connexion )
• en 32 bits SIMM, toutes les cartes "Pentium" et certaines 486 ("72 pins" : 72 broches de connexion )
• en 64 bits DIMM, les cartes de dernière génération avec 128 broches de connexion (pin).

Les divers types de mémoires vives :

1/ Fast Page Mode
Elle avait un temps d'accès compris entre 60 et 90 ns (relativement lent), elle fut le standard jusqu'à l'apparition des cartes mères Pentium, exigeant des performances accrues et un système 32 bits.

2/ Extended Data Output RAM
Le type de mémoire vive le plus répandu actuellement du fait de sa parfaite intégrité 32 bits. Son mode de fonctionnement est identique à la FPM, mais l'EDO RAM débite les données beaucoup plus rapidement. Leur temps d'accès sont compris entre 50 et 70 ns. Le problème est que seules certaines d'entre elles acceptent de fonctionner à 75 voir 83 MHz.

3/ Synchronus Dynamic RAM
D'une conception complètement différente que les deux précédentes, la SDRAM est synchronisée avec l'horloge système, ce qui optimise la mémoire vive au niveau de la rapidité des échanges. Elle assure une parfaite transition vers le nouveau standard, qui contrairement aux deux précédents modèles, a été conçu pour fonctionner jusqu'à 100 MHz.
Lorsque vous vous renseignerez sur ce type de mémoire vive, on ne vous donnera leurs temps d'accès non pas en nanosecondes (ns) mais en MHz, et plus la fréquence de votre BUS sera élevée plus l'amélioration face à des barettes EDO se fera sentir (de 5 à... 30 % !)

4/ SRAM (Static RAM)

Mémoire statique. Cette mémoire a l'avantage de pouvoir stocker une valeur pendant une longue période sans devoir être rafraîchie. Cela permet des temps d'accès très courts (8-20 ns). Les deux inconvénients sont son coût très élevé et son encombrement. Une de ses principales utilisations est la mémoire cache.

5/ DRAM (Dynamic RAM)

Mémoire dynamique. A l'inverse de la mémoire SRAM, elle doit être rafraîchie plusieurs fois par seconde, ce qui en augmente le temps d'accès (50-80 ns). En revanche, son coût est nettement inférieur et son encombrement faible. Il est facile de placer 64 Mo sur une barrette DIMM (~13/3cm).

Les disques durs sont capables de stocker des quantités impressionnantes d'informations, et surtout de les ordonner (FAT) et de les retrouver rapidement.

Le disque dur est constitué de plusieurs plateaux empilés, entre lesquels se déplace un bras comptant plusieurs têtes de lecture. Chaque plateau est recouvert d'une surface magnétique sur ses deux faces.

C'est à l'électronique de commande (contrôleur) du disque que revient ensuite la charge de piloter les déplacements du bras et la lecture-écriture des informations.

Un disque sorti d'usine est vierge. Il peut donc être configuré suivant le système d'exploitation qui l'utilise. C'est le formatage de bas niveau. Pour choisir un disque dur, il faut tenir compte des facteurs suivants :

- La capacité de stockage : 2 Go à plus de 9 Go.

- Le temps d'accès (en milliseconde), 28 ms était une bonne performance il y a encore peu de temps. Actuellement, le temps d'accès d'un disque rapide est compris entre 8 et 12 ms. 

- Sa compatibilité avec la carte contrôleur

Le port série :

	DB9
	DB25

Il peut être aux normes RS232 ou RS422. Il transfère les données bit par bit. La vitesse de transfert en bauds est réglable de 0 à 19 200 voire davantage pour les nouveaux ports séries rapides. Il permet des transferts sur de plus longues distances que le port parallèle. Il a la forme d'une prise mâle à 9 broches (DB9) ou 25 broches (DB25). Il est utilisé en particulier pour la souris, les modems, mais aussi pour des mini réseaux et des imprimantes éloignées.

Les nouvelles applications nécessitant beaucoup de mémoire, la majorité des logiciels multimédia sont désormais livrés sur disque CD et non plus sur disquettes. C'est pourquoi de nombreuses machines récentes sont équipées en standard avec un lecteur de CD-ROM interne. 

Types de CD-ROM et standards

L'évolution est extrêmement rapide dans le domaine des lecteurs de CD-ROM. Avant d'acheter un lecteur de CD-ROM, il est indispensable de bien connaître les nombreuses caractéristiques techniques et les normes afférentes à ces périphériques. Les lecteurs de CD-ROM sont d'abord classés selon la vitesse de transfert des données : simple, double, triple ou quadruple vitesse et le temps d'accès (en millisecondes) .Voici les caractéristiques les plus importantes :

• Simple vitesse : Correspond à une vitesse de transfert de données de 150 Ko par seconde. (Vitesse de lecture d'un CD audio ...)
• Double vitesse : Correspond à une vitesse de transfert de données de 300 Ko par seconde.
• Triple vitesse : Identique aux modèles double vitesse, mais avec une vitesse de transfert de données de 450 Ko par seconde.
• Quadruple vitesse :  Ces vieux modèles permettent une vitesse de transfert de l'ordre de 600 Ko par seconde, avec un temps d'accès inférieur à 200 millisecondes.
• 24 X ou 32 X et plus sont les modèles les plus récents avec des temps d'accès de l'ordre de 90 ms, ceux sont les derniers standards.

Constitution d'un CD par Bruno Brolis

Les CD se présentent sous la forme d'un disque de 12 cm et de 1,2 mm d'épaisseur percé d'un trou central de 15 mm de diamètre. Le disque est réalisé dans une matière plastique transparente (bien qu'il fut à un moment envisagé de les réaliser en verre  recouverte d'un vernis protecteur.
Les informations sont stockées à la surface du disque sous la forme de pits (cuvettes ou dépressions de 0,11 micromètre) et de lands (plats) . 
Les pits et les lands sont ordonnés le long de la seule et unique spirale constituant la piste du CD. Cette spirale qui commence au bord intérieur du CD et finit au bord extérieur a plus de 6 km de longueur.
Les pits et les lands forment donc près de 2000 pistes distantes de 1,6 micromètres. Chacune des pistes est trente fois plus fine que l'un de nos cheveux !

L'originalité du CD est d'utiliser un système à vitesse linéaire constante (CLV), la vitesse de défilement du disque est donc constante et égale à 1,2 mètre par seconde. La vitesse angulaire de rotation du disque doit donc être adaptée à la position de la tête de lecture sur le disque. Cette vitesse varie de 200 tours par minute (à l'extérieur du disque) à 500 tours par minute (près du centre du disque). C'est une des raisons pour lesquelles on note un délai lors du passage d'une chanson à une autre lors de la lecture d'un CD-Audio, ce délai est nécessaire à l'adaptation de la vitesse de rotation. On trouve aussi des lecteurs à vitesse angulaire constante (CAV) ou un mixte des deux (CLV et CAV) pour augmenter le temps de réponse et le débit de lecture.

Principe de la lecture

La tête de lecture est composée d'une diode Laser émettant un faisceau laser très fin de couleur rouge (longueur d'onde égale à 780 nanomètres) et d'une photodiode. Ces composants sont associés à un dispositif optique destiné à atteindre la précision suffisante à la lecture (le point d'impact du laser ne doit pas excéder 1 micromètre).

Ce schéma simpliste ne respecte ni la disposition réelle de la diode laser et de la photodiode, ni l'échelle

Détection d'un land
La lumière émise par le laser est réfléchie en totalité et captée par la photodiode. Celle-ci détecte l'information lumineuse et transmet un signal électrique au dispositif de décodage.

Détection d'un pit
On note que le rayon laser est réfléchi en partie par la surface du disque et en partie par le fond du pit. En fait, la moitié de l'énergie lumineuse est réfléchie par la surface du disque.
La lumière réfléchie par le fond du pit parcourt une distance supérieure à la distance parcourue par la lumière réfléchie par la surface. L'écart entre les deux trajets correspond exactement à la moitié de la longueur d'onde du rayon Laser.
Dans ces conditions, un phénomène physique appelé interférence destructive se produit. Les deux rayons lumineux s'annulent (se "détruisent") l'un l'autre. Aucune lumière n'est réfléchie, la photodiode ne capte pas d'information lumineuse, aucun signal électrique n'est transmis au dispositif de décodage.

Décodage
La succession de pits et de lands permet de définir le message à coder. Le code utilisé est relativement complexe et ne sera pas détaillé ici. 

Les signaux issus de la lecture des pits et des lands sont traduits en données numériques. Ces données numériques correspondent à un signal sonore qui peut alors être restitué. L'ensemble des opérations de décodage, de restitution du son et de réglage de la vitesse de rotation du moteur sont gérées par un microprocesseur simplifié. Ces opérations sont effectuées à un rythme élevé puisqu'un lecteur de CD-Audio lit 88 200 nombres de 16 bits en une seconde.

Le DVD-ROM (Digital Versatile Disc - Read Only Memory) 

C'est une variante du CD-ROM dont la capacité est beaucoup plus grande que celle du CD-ROM.
En effet, les alvéoles du DVD sont beaucoup plus petites (0,4 µ et un espacement de 0.74 µ), impliquant un laser avec une longueur d'onde beaucoup plus faible.

Les DVD existent en version "double couche", ces disques sont constitués d'une couche transparente à base d'or et d'une couche réflexive à base d'argent.

Pour lire ces deux couches le lecteur dispose de deux intensités pour le laser : avec une intensité faible le rayon se réfléchit sur la surface dorée ; lorsqu'on augmente cette intensité le rayon traverse la première couche et se réfléchit sur la surface argentée.

Quelques caractéristiques

L'intérêt du DVD est essentiellement le stockage vidéo qui nécessite une place de stockage importante. Un DVD de 4,7 Go permet de stocker plus de deux heures de vidéo comprimées en MPEG-2 (Motion Picture Experts Group), un format qui permet de comprimer les images tout en gardant une très grande qualité d'image.

En fonction du lecteur de disquettes, on pourra utiliser des disquettes au format suivant :

Le format 5 pouces 1/4 est en voie de disparition.

Pour éviter les erreurs de manipulation, un dispositif permet d'interdire toute écriture de données. Les disquettes 3p1/2 comportent en effet un ergot amovible qui masque une ouverture carrée : celle-ci est lue dans le lecteur par un faisceau de lumière pour avoir l'autorisation d'inscrire ou non des informations sur le support magnétique.

Par défaut, le PC n'est équipé que d'un petit haut-parleur lui permettant de faire entendre ses signaux sonores. A l'ère du multimédia, ce haut-parleur s'avère très insuffisant. Les ordinateurs les plus récents sont souvent équipés d'une carte son assurant une bonne restitution des sons et de la musique.

Les différentes cartes sonores

Interface et carte contrôleur

Le disque dur est un élément qui joue un grand rôle dans les performances d'une machine. Il en est de même pour son contrôleur, destiné à prendre en charge les informations concernant les périphériques. L'objectif constitue à atteindre le taux transfert le plus élevé pour véhiculer le maximum d'informations en un minimum de temps, sans perte d'informations.

La carte contrôleur est une carte électronique reliée au bus par un connecteur d'extension ou désormais intégrée à la carte mère qui permet de contrôler les disques durs, les lecteurs de disquettes, les ports, et d'autres périphériques (scanner, CD-ROM, streamer, etc. ).

IDE (Integrated Device Equipement ) :

Développée par CONNER cette interface est devenue un standard plus connu sous le nom de AT-Bus. L'interface IDE est réalisée par un câble à 40 pôles qui fait transiter les données sur le BUS par paquet de 16 bits. La vitesse de rotation des disques est de 5500 tours par minute et comporte deux têtes de lecture (une tête lit l'information l'autre réinscrit sur le cache du disque).

Cette interface gérée par le BIOS a une limite de capacité de 504 Mo et peut faire fonctionner deux lecteurs (un maître et un esclave) avec un taux de transfert de 3,33 Mo/s.

EIDE ( Enhanced IDE ) :

L'interface IDE présentant des limites de capacités, on a donc créé une extension à l'IDE qui peut transférer jusqu'à 16.6 Mo/s (PIO 4) sur un BUS VLB ou PCI par paquet de 32 bits. Les disques durs EIDE ont une capacité de 1 Go et plus. On peut faire fonctionner quatre lecteurs ou périphériques au maximum.

UltraDMA-33/66/100:

Il offre un taux de transfert allant jusqu'à 100 Mo/s (six fois le débit maximum du mode EIDE PIO4 16.6 Mo/s) en mode rafale (la mémoire tampon du disque dur est utilisée de façon optimale). En revanche, il accapare 80 % des ressources du processeur contre 10 % pour l'interface SCSI.

SCSI (Small Computer System Interface ) :

Ce standard, déjà bien implanté dans le monde Macintosh, a pour principal avantage de pouvoir chaîner plusieurs périphériques, et en particulier jusqu'à sept disques durs puis 15 périphériques aujourd'hui  (chaque appareil reçoit dans ce cas une adresse d'identification). On peut distinguer au total trois étapes SCSI 1,2 et 3 ou SCSI fast où la vitesse de transfert à évoluer 5, 10 puis 20 Mo/s sur BUS VLB ou PCI par paquet de 32 bits.

On trouve aujourd'hui :

l'Ultra SCSI ( 20Mo/s ) en mode synchrone ( condition optimales d'utilisation ).

Le Wide Ultra SCSI ( 40Mo/s)

L'Ultra 2 SCSI LDV ( 80 Mo/s)

Il faut bien sûr que les disques durs soit compatibles en taux de transfert avec l'interface choisie.

C'est la carte graphique qui se charge de l'affichage de l'information à l'écran. Elle retransmet les informations du bus en signaux graphiques. Elle est composée de circuits électroniques (processeur et contrôleur vidéo) et d'une mémoire vidéo qui lui permettent de stocker les écrans graphiques à envoyer au moniteur.

Elle est connectée à l'un des slots d'extension du Bus (slots PCI le plus souvent et maintenant sur slot AGP).

La capacité de la mémoire vidéo doit être adaptée à vos besoins. Elle dépend, d'une part du nombre de couleurs souhaitées, d'autre part de la résolution d'affichage.

La mémoire vidéo 

Il existe plusieurs types de mémoire vidéo mais la vitesse d'accès est primordiale car, pour une vitesse de rafraîchissement de 80 Hz, le Ramdac (Random access memory digital analog converter) va lire les données vidéo 80 fois par seconde.

Le Ramdac est un composant aussi important que le processeur graphique, c'est lui qui se charge de la conversion des valeurs stockées dans la mémoire en signal vidéo. Les limites de rafraîchissement sont fixées par la bande passante du Ramdac, c'est à dire la fréquence de fonctionnement du composant.