E. Elements du Hardware

E.1. Les cartes mères  

E.2. Les microprocesseurs 

E.3. La fréquence d'horloge 

E.4. Les bus de données  

E.5. La mémoire 

    E.5.1. La mémoire vive 

    E.5.2. La mémoire morte

    E.5.3. La mémoire cache

    E.5.4. Jargon des appellations de mémoires

E.1. Les cartes mères

         La carte mère¹ est une plaque électronique qui reçoit et distribue les câbles d'alimentation. Elle est constituée du microprocesseur du micro-ordinateur qui en est un élément important, de chipsets*, de résistances, de condensateurs, de circuits intégrés spécialisés dans une tâche (ASIC) et de contrôleurs. La carte mère a pour fonction essentielle d'assurer harmonieusement la liaison entre tous les éléments qu'elle contient. C'est aussi elle qui, par l'intermédiaire de ses circuits électroniques, assure la bonne communication entre le microprocesseur et les périphériques. 

         Une carte mère de bonne qualité doit être rapide, extensible et fiable. Le premier facteur dépend de la puissance du bus².

         L'extensibilité de la carte est un facteur essentiel, les extensions permettant d'améliorer la puissance du micro-ordinateur et d'en étendre les applications. La carte mère doit être ainsi dotée de prises pour câbles d'alimentation, de supports de barrettes de mémoire vidéo, de mémoire vive avec, de préférence, plusieurs connecteurs d'extension (03 connecteurs DIMM allant  jusqu'à 768 Mo, par exemple), des connecteurs pour cartes d'extension ainsi que des interfaces pour périphériques externes.

⁽¹⁾. Carte mére ou encore appelée « Carte processeur » ou « Carte système ».

⁽²⁾ . A voir dans "Le Bus d’extension".

.

         La facilité d’insertion des cartes*, l'existence d'un ventilateur (présent sur le microprocesseur afin de le refroidir), d'une pile permanente, directement intégrée sur la carte mère, et d'un BIOS* récent, caractérisent, entre autres, la fiabilité de la carte mère.

        Sachez aussi qu’il existe différents types de cartes mères, celles qui peuvent accueillir les microprocesseurs Intel, et celles qui peuvent accueillir les microprocesseurs AMD et Cyrix. Extérieurement, elles se distinguent par le socket qui est le support du microprocesseur. Les microprocesseurs Intel (Pentium II/Pentium III) sont au format de type Slot I.
Les processeurs Celeron sont au format socket 370 (ou PPGAUn adapteur est d'ailleurs disponible pour adapter des Celeron PPGA sur des cartes mères SlotI. Les cartes au format Socket 370 sont à déconseiller puisque ce sont les moins évolutives à cause de leur chipset (Bus à 66Mhz).

Quant aux microprocesseurs AMD (type K6-2 et K6 III) et aux microprocesseurs Cyrix, ils sont au format Super Socket 7.
Les processeurs AMD Athlon sont au format Slot A (identique physiquement au Slot I mais pas électriquement).

 Sur certaines cartes mères surtout actuelles, des composants remplaçant la carte son et la carte grahiques sont dejà intégrés.

 La carte mère doit pouvoir avoir une fréquence supérieure à 100Mhz (100 Mhz étant le standard actuel) et doit pouvoir aller au moins jusqu'à 133 Mhz. Les coefficients multiplicateurs doivent aller au moins jusqu'à 5,5.

E.2. Les microprocesseurs

         Un micro-ordinateur se caractérise en premier lieu par le microprocesseur dont il est équipé. C'est l'élément le plus important, le moteur en quelque sorte. Toutes les informations qui circulent dans le micro-ordinateur passent par lui. Il exécute les ordres des logiciels et envoie des instructions au disque dur, à la mémoire et à l'écran. De sa puissance dépendent donc les performances globales de la machine.

         L’histoire des microprocesseurs commence avec INTEL. Cette société ne cesse d’innover et de commercialiser des microprocesseurs de plus en plus évolués. Les plus renommés, le 8086, le 8088 ainsi que le microprocesseur 80286 appelé communément le 286 ont totalement disparu et ont laissé la place à d’autres familles de microprocesseurs. Dans le tableau comparatif suivant, sont représentées les caractéristiques des différentes familles de microprocesseur avant l'apparition du Pentium.

         Le PENTIUM représente l’ultime progrès actuel en matière de microprocesseur. Il a envahi le marché et supplanté ses prédécesseurs jusqu’à ce qu’un autre microprocesseur vienne le remplacer. INTEL, pour protéger ses microprocesseurs du clonage, a préféré octroyer un nom générique à ses nouveaux microprocesseurs, en l’occurrence le pentium et non pas le 80586, la législation internationale ne protégeant pas les produits dont la dénomination est constituée de chiffres. 

Les plus grands constructeurs mondiaux de microprocesseurs sont :

                     - INTEL                                  - AMD

                     - CYRIX                                 - IBM

                     - NEXGEN                             - MOTOROLA

Evolution des microprocesseurs Pentium      

Le nouveau Pentium III conserve une architecture générale comparable à celle du Pentium II, ce qui lui permet d'être exploité sur les cartes mères à base de chipset 440BX dont le Bios doit être toutefois mis à jour.

Le Pentium III n'est qu'un Pentium II auquel on a rajouté un jeu de 70 instructions SIMD appelées SSE qui accélèrent le traitement de certaines tâches de traitement 3D, audio, vidéo, ... pour les applications optimisées SSE. Les SSE permettent d'obtenir un gain d'environ 25%. Le Pentium III est au format Slot I.

Voici les différentes versions du Pentium III : normale  (Bus 100Mhz, Gravure : 0.25 microns et Mémoire cache L2 : 512 Ko externe) ; B (133Mhz, 0.25 microns, 512 Ko L2 externe) ; E (100 Mhz, 0.18 microns, 256 L2 on die) ; EB (133 Mhz, 0.18 microns, 256 L2 on die). Certains de ces Pentium III sont au format FC-PGA.

Actuellement le Pentium en est à sa 4° génération et il s’appelle donc le Pentium 4 dont le tableau suivant nous dévoile les caractéristiques principales.

Les avantages du Pentium 4 sont censés être : le gain de temps pour l'encodage de fichiers sonores MP3, une fréquence image supérieure pour les jeux en 3D, le montage et la diffusion de séquences vidéo de qualité professionnelle.

   La mémoire cache ou cache second niveau (L2) est une mémoire tampon plus rapide qui évite aux microprocesseurs d'attendre les données, elle se situe sur la carte mère. La mémoire cache L1 se trouve, elle, à l'intérieur du microprocesseurs. La mémoire est de l'ordre de 32 Ko sur les Pentium II.

 Le MMX (MultiMedia eXtender) désigne les microprocesseurs comportant 57 instructions de plus et qui concernent les applications multimédias comme le son, la décompression Mpeg, etc.

 L'overclocking consiste à faire tourner le microprocesseur à une fréquence plus élevée que la fréquence pour laquelle il a été conçu. Cela marche sans problème lorqu'on augmente la fréquence de pas plus de 10-20%. Cela est possible en augmentant la fréquence de bus de la carte mère. Mais  il vaut mieux prévoir un bon système de refroidissement pour le microprocesseur. L’Overclocking reste un risque et est réservé aux bidouilleurs confirmés.  

E.3. La fréquence d'horloge

         La génération à laquelle appartient un microprocesseur n’est pas le seul facteur de sa puissance et de sa vitesse d’exécution. Sa fréquence d’horloge est un autre facteur important.

         La fréquence d’horloge est la cadence à laquelle le microprocesseur exécute les instructions qui lui sont transmises par les différents périphériques du micro-ordinateur. Cette fréquence1 se mesure en MégaHertz2 (millions d'impulsions par seconde) ordinairement abrégé en Mhz. Plus cette fréquence est élevée, plus le microprocesseur est rapide.

(1) Fréquence : la plupart des signaux sont formés d'ondes sinusoïdales. La fréquence désigne le nombre d'oscillations de ces ondes en une seconde.

(2) Hertz (Hz) : unité de mesure des fréquences correspondant à un cycle par seconde.

E.4. Les bus de données 

         Le bus de données est un circuit de connexion qui permet de transmettre les données traitées entre le microprocesseur du micro-ordinateur et ses périphériques d’entrée-sortie. Le bus de données est un circuit important, car de sa performance dépend la rapidité de transmission de l’information. Le bus est relié au microprocesseur par des connecteurs. Plus ces derniers sont nombreux, plus on pourra y insérer des cartes.  Les différents bus existants sont le bus ISA (Acronyme de Industry Standard Architecture), le bus MCA (Acronyme de Micro Channel Architecture), le bus EISA (Acronyme de "Extended Industry Standard" Architecture) et le bus LOCAL. Ce dernier accélère encore plus l’échange entre le microprocesseur et les périphériques d’entrée-sortie. Le bus LOCAL comprend le bus VLB (Acronyme de Vesa Local Bus) et le bus PCI (Acronyme de Peripheral Component Interconnect). Les caractéristiques de tous ces différents bus sont exposés dans le tableau suivant.

·      Les micro-ordinateurs portatifs, vu leur taille réduite, sont dotés de bus PCMCIA (Personal Computer Memory Card International). Ces bus ne peuvent recevoir les mêmes cartes d’extension que celles des micro-ordinateurs non portatifs.

  Le bus AGP (Accelrated Graphics Port) a pour but d'offrir des performances graphiques de haut niveau que ne peut offrir le bus PCI à un prix raisonnable. Il est quatre fois plus rapide que ce dernier et offre des qualités d'affichage 3D performantes.  

⁽¹⁾. Débit ou Taux de transfert : Ce taux est exprimé en Mega-octet par seconde (Mo/s). Il représente la quantité d’informations qu’un bus peut transporter en une seconde.

Le bus AGP se caractérise par une vitesse d'horloge minimale de 66 MHz, ce qui autorise des taux de transfert atteignant jusqu'à 266 Mo/s. Une communication AGP en 2x donne un débit qu'atteindrait le bus PCI 133 MHz, soit un débit maximal de 532 Mo/s.
Le nouveau mode AGP 4x autorise des débits supérieurs à 1 Go/s.

E.5. La mémoire

     Les micro-ordinateurs disposent de plusieurs types de mémoires :

                E.5.1. La mémoire vive

         La mémoire vive d’un micro-ordinateur est l’espace de travail dans lequel il place les informations qu’il est en train de traiter. 

         Pour un micro-ordinateur, la taille (ou capacité) de la mémoire est communément mesurée en Mo (Méga-octets). Plus cette mémoire est importante plus vous pouvez chargerd'applications en même temps et surtout plus vite elles s'exécuteront.

Si la mémoire vive disponible est saturée, les données sont alors stockées sur 

le disque dur (on parle alors de mémoire swap ou mémoire virtuelle). Cette procédure entraînera un ralentissement du système car le disque dur est beaucoup plus lent que la mémoire vive. En effet, le disque dur a un temps d'accès moyen de 8,5 ms (10^-3 s) alors que celle de la mémoire vive est de 10 ns (10^-9s).   

           D'une manière générale, quand on parle d'augmenter la mémoire d'un micro-ordinateur, c'est de la mémoire vive qu'il s'agit (RAM : Random Access Memory; mémoire à accès aléatoire en français). La mémoire vive, RAM, ne retient les données que si elles sont alimentées en courant. Le microprocesseur peut à loisir y inscrire, lire ou effacer des informations. La RAM sert au stockage du travail en cours d'élaboration ; ainsi, lorsqu'on écrit un texte, les lettres qui le composent y sont stockées. A la moindre coupure de courant, tout le contenu de la mémoire s'efface d'un seul coup, d'où la nécessité absolue de sauvegarder* périodiquement son travail en cours sur son disque dur (ou sur un quelconque support de stockage).

         La première partie, la mémoire conventionnelle, qui est de 640 Ko, est destinée à exécuter les logiciels. La mémoire supérieure, comprise entre 640 et 1024 Ko (d’une taille donc de 384 Ko), est destinée à placer des gestionnaires de ressources matérielles (carte d’affichage, par exemple) pour réduire l’occupation de la mémoire conventionnelle.

         Ensuite à un niveau supérieur se trouve la mémoire haute (HMA). Cette dernière permet de loger MS-DOS à la condition que le micro-ordinateur dispose d’au moins 1 Mo de mémoire totale et libère ainsi la mémoire conventionnelle.

Enfin, la portion restante est occupée soit par la mémoire étendue (XMS), soit par la mémoire paginée (EMS). Ces deux types de mémoires nécessitent l’installation d’un gestionnaire tel que HIMEM pour l’étendue. Les notions de mémoire paginée et étendue ne sont utilisées qu’avec MS-DOS ou avec les logiciels/programmes fonctionnant sous ce système d’exploitation. Il est donc préférable de se référer aux ouvrages MS-DOS pour avoir des informations précises sur ce sujet. Pour les autres systèmes d’exploitation, toute cette structure de mémoire est simplement appelée « mémoire ».

                    E.5.1.1. Les différentes mémoires vives

La DRAM (Dynamic Ram) est totalement dépassée et offrait des vitesses de 100 à 60 ns.  La mémoire EDO (Extended Data Output Ram) existe en plusieurs versions : 70, 60, 50, 40 ns (la mémoire EDO à 70 ns est maintenant obsolète). Actuellement, le type de mémoire vive la plus utilisée est la SDRAM (Synchronous Ram) qui a la spécificité de travailler à la même fréquence que l'horloge système. Ce type de RAM atteint la vitesse de 15 à 10 ns et fonctionne avec les bus à 100 Mhz et 133 Mhz (<10ns).. Le standard qui commence à se généraliser sont les mémoires vives de type RamBus ou RDRam (format RIMM) qui permettront d'atteindre des fréquences de 300, 356 et 400 Mhz avec une bande passante respective de 1,2, 1,4 et 1,6 Go/s.

 la RDRam verra s'améliorer sa mémoire afin d'atteindre une fréquence de 1.6GHz avec une bande passante de 6.4 Go/s

                E.5.1.2. Les différents formats de barrettes de mémoire vive

           Les formats SIMM et DIMM

         Les formats SIMM (Single In Line Memory Module) comportent 72 connecteurs et sont adressables sur 32 bits. Ces barrettes sur les cartes Pentium doivent être utilisées par paires. Le format DIMM (Dual In Line Memoty Module) c'est le format de barrettes le plus répandu de nos jours qui comporte 168 connecteurs et adressable sur 64 bits. Ces barrettes se placent sur les cartes mères Pentium par unité contrairement au format SIMM. 

            E.5.2. La mémoire morte

         La ROM (acronyme de : Read Only Memory) contient des données que le microprocesseur peut lire mais ne peut pas modifier. Elle a la capacité de conserver des informations même lorsque le micro-ordinateur n'est pas sous tension. Ainsi elle est utilisée pour stocker des éléments de base du système d'exploitation (BIOS), ou des polices de caractères sur les imprimantes notamment.

            E.5.3. La mémoire cache

         La mémoire cache est une mémoire qui permet d'accélérer le fonctionnement du micro-ordinateur en stockant sélectivement une partie des données les plus fréquemment utilisées. Plus la mémoire cache est importante, plus le micro-ordinateur sera rapide en fonctionnement.  On retrouve ce genre de mémoire sur les microprocesseurs à partir du 80486, sur les lecteurs CD-ROM, sur les cartes contrôleurs du disque dur, etc.

            E.5.4. Jargon des appellations de mémoires

Mémoire volatile : Mémoire qui maintient les données lorsqu’elle est alimentée en courant, telle que la mémoire vive.

Mémoire virtuelle : Espace du disque dur qu’utilise un système d’exploitation comme s’il s’agissait d’une mémoire vive.

Antémémoire : Autre dénomination de la mémoire cache.

Mémoire CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) : Type de mémoire dans laquelle sont stockées les informations concernant les fonctions systèmes de l’ordinateur (données ou paramètres du Setup).

Flash ROM, Mémoire Flash ou encore ROM Réinscriptible : Type de mémoire morte dans laquelle on peut lire, écrire et modifier des données. La mémoire Flash conserve les données quand elle n’est plus alimentée en courant électrique.

SRAM : (Static Random-Access Memory). Type de mémoire qui conserve les données jusqu'à leurs modifications sans avoir besoin d’être rafraîchie en charge de courant et dont la vitesse est inférieure à 20 ns (nanoseconde). La SRAM est utilisée comme mémoire cache externe du microprocesseur.

EPROM et EEPROM : (Erasable Programmable Read-Only Memory et Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory). Types de mémoire morte reprogrammable et effaçable électriquement.

Mémoires des cartes graphiques 

         a - DRAM (Dynamic Random Access Memory) ou Mémoire vive dynamique : Technologie de Mémoire utilisée également pour la mémoire vive traditionnelle (RAM) qui a besoin d’être rafraîchie périodiquement en charge de courant pour conserver les données qu’elle contient. Ce type de mémoire ne peut pas lire et écrire à la fois les données, ce qui la rend plus ou moins lente par rapport aux nouvelles technologies de mémoire et lors de l’affichage d’images complexes à de hautes résolutions.

         b - VRAM (Vidéo Random Access Memory) ou RAM Vidéo : Mémoire vive plus rapide que la DRAM, car elle autorise simultanément la lecture et l’écriture des données.

         c - WRAM (Window Random Access Memory) : Dernière innovation en matière de mémoire pour cartes graphiques, encore plus performante que la VRAM.