Posté le 05/10/2008 à 12:00 par diophante

INTRODUCTION A LA NOTION D'ORDINATEUR
La compréhension du vocabulaire informatique représente généralement la principale difficulté à laquelle se heurtent les acheteurs potentiels d'ordinateurs personnels. En effet, contrairement à un téléviseur, pour lequel les critères de choix sont assez limités, le choix d'un ordinateur revient à choisir chaque élément qui le compose et à en connaître les caractéristiques. Ce dossier n'a pas pour but de donner un sens à toutes les abréviations informatiques (dans la mesure où de nombreux constructeurs ont leurs propres terminologies), mais il cherche à aider à mieux comprendre les principaux composants d'un ordinateur, d'en expliquer le fonctionnement et d'en donner les principales caractéristiques.
Présentation de l'ordinateur
Un ordinateur est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous forme binaire, c'est-à-dire sous forme de bits. Le mot « ordinateur » provient de la société IBM France. François Girard, alors responsable du service promotion générale publicité de l'entreprise IBM France, eut l'idée de consulter son ancien professeur de lettres à Paris, afin de lui demander de proposer un mot caractérisant le mieux possible ce que l'on appelait vulgairement un « calculateur » (traduction littérale du mot anglais « computer »).
Ainsi, Jaques Perret, agrégé de lettres, alors professeur de philologie latine à la Sorbonne, proposa le 16 avril 1955 le mot « Ordinateur » en précisant que le mot « Ordinateur » était un adjectif provenant du Littré signifiant « Dieux mettant de l'ordre dans le monde ». Ainsi, il expliqua que le concept de « mise en ordre » était tout à fait adapté.
TYPES D'ORDINATEURS
Toute machine capable de manipuler des informations binaires peut être qualifiée d'ordinateur, toutefois le terme « ordinateur » est parfois confondu avec la notion d'ordinateur personnel (PC, abréviation de personal computer), le type d'ordinateur le plus présent sur le marché. Or il existe beaucoup d'autres types d'ordinateurs (la liste suivante est non exhaustive) :
Amiga -- Atari -- Apple Macintosh Stations -- Alpha Stations -- SUN Stations -- Silicon Graphics
La suite de ce dossier, aussi générique soit-elle, s'applique ainsi plus particulièrement aux ordinateurs de type PC, appelés aussi ordinateurs compatibles IBM, car IBM est la firme qui a créé les premiers ordinateurs de ce type et a longtemps (jusqu'en 1987) été le leader dans ce domaine, à tel point qu'elle contrôlait les standards, copiés par les autres fabricants.
CONSTITUTION DE L'ORDINATEUR
Un ordinateur est un ensemble de composants électroniques modulaires, c'est-à-dire des composants pouvant être remplacés par d'autres composants ayant éventuellement des caractéristiques différentes, capables de faire fonctionner des programmes informatiques. On parle ainsi de « hardware » pour désigner l'ensemble des éléments matériels de l'ordinateur et de « software » pour désigner la partie logicielle.
Les composants matériels de l'ordinateur sont architecturés autour d'une carte principale comportant quelques circuits intégrés et beaucoup de composants électroniques tels que condensateurs, résistances, etc. Tous ces composants sont soudés sur la carte et sont reliés par les connexions du circuit imprimé et par un grand nombre de connecteurs : cette carte est appelée carte mère.
La carte mère est logée dans un boîtier (ou châssis), comportant des emplacements pour les périphériques de stockage sur la face avant, ainsi que des boutons permettant de contrôler la mise sous tension de l'ordinateur et un certain nombre de voyants permettant de vérifier l'état de marche de l'appareil et l'activité des disques durs. Sur la face arrière, le boîtier présente des ouvertures en vis-à-vis des cartes d'extension et des interfaces d'entrée-sortie connectées sur la carte mère.
Enfin, le boîtier héberge un bloc d'alimentation électrique (appelé communément alimentation), chargé de fournir un courant électrique stable et continu à l'ensemble des éléments constitutifs de l'ordinateur. L'alimentation sert donc à convertir le courant alternatif du réseau électrique (220 ou 110 Volts) en une tension continue de 5 Volts pour les composants de l'ordinateur et de 12 volts pour certains périphériques internes (disques, lecteurs de CD-ROM, ...). Le bloc d'alimentation est caractérisé par sa puissance, qui conditionne le nombre de périphériques que l'ordinateur est capable d'alimenter. La puissance du bloc d'alimentation est généralement comprise entre 200 et 450 Watts.
On appelle « unité centrale », l'ensemble composé du boîtier et des éléments qu'il contient. Les éléments externes à l'unité centrale sont appelés périphériques.
L'unité centrale doit être connectée à un ensemble de périphériques externes. Un ordinateur est généralement composé au minimum d'une unité centrale, d'un écran (moniteur), d'un clavier et d'une souris, mais il est possible de connecter une grande diversité de périphériques sur les interfaces d'entrée-sortie (ports séries, port parallèle, port USB, port firewire, etc.) :.
http://www.coustenoble.fr/_images/photos_petites/imprimantes/imprimante_addition_petite.jpg[/img]Imprimante, Scanner, Carte son externe, Disque dur externe, Périphérique de stockage externe,.
Appareil photo ou caméra numérique, Assistant personnel (PDA), Etc.
FAMILLES D'ORDINATEURS
On distingue généralement plusieurs familles d'ordinateurs selon leur format :
Les mainframes (en français ordinateurs centraux), ordinateurs possédant une grande puissance de calcul, des capacités d'entrée-sortie gigantesques et un haut niveau de fiabilité. Les mainframes sont utilisés dans de grandes entreprises pour effectuer des opérations lourdes de calcul ou de traitement de données volumineuses. Les mainframes sont généralement utilisés dans des architectures centralisées, dont ils sont le coeur.
Les ordinateurs personnels, parmi lesquels on distingue :
Les ordinateurs de bureau (en anglais desktop computers), composés d'un boîtier renfermant une carte mère et permettant de raccorder les différents périphériques tels que l’écran.
Les ordinateurs portables (en anglais laptop ou notebooks), composé d'un boîtier intégrant un écran dépliable, un clavier et un grand nombre de périphériques incorporés.
Les tablettes PC (en anglais tablet PC, également appelées ardoises électroniques), composées d'un boîtier intégrant un écran tactile ainsi qu'un certain nombre de périphériques incorporés.
Les centres multimédia (Media Center), représentant une plate-forme matérielle, destinée à une utilisation dans le salon pour le pilotage des éléments hifi (chaîne hifi, téléviseur, platine DVD, etc.).
Les assistants personnels (appelés PDA, pour Personal digital Assistant, ou encore handheld, littéralement «tenu dans la main»),
Parfois encore qualifiés d'organiseur (en anglais organizer) ou d'agenda électronique, sont des ordinateurs de poche proposant des fonctionnalités liées à l'organisation personnelle.
ORDINATEUR – PORTABLE
Relégué il y a quelques années au seul usage de bureautique, l'ordinateur portable possède aujourd'hui des capacités de traitement et de stockage proches de l'ordinateur de bureau, lui permettant aisément d'assurer des fonctions multimédia de pointe (lecture de DVD, jeu vidéo, traitement d'images 3D, etc.). Si le prix d'un ordinateur portable reste plus élevé que celui d'un ordinateur de bureau en raison de sa mobilité, son usage est également plus varié dans la mesure où il peut être emmené presque partout.
Toutefois, étant donné son encombrement réduit, la majeure partie des pièces de l'ordinateur portable sont intégrées et ne pourront être changées, c'est la raison pour laquelle il est nécessaire de choisir ses caractéristiques techniques en connaissance de cause et en fonction de l'utilisation que l'on souhaite en faire. En contrepartie, l'intégration de toutes les pièces par le constructeur permet de minimiser les risques d'incompatibilités matérielles (conflits matériels)
Qu'est-ce qu'un ordinateur portable ?
Un ordinateur portable (en anglais laptop ou notebook) est un ordinateur intégrant l'ensemble des éléments dont il a besoin pour fonctionner, dont une alimentation électrique sur batterie, un écran et un clavier, dans un boîtier de faible dimension (en moyenne 360 x 40 x 270).
INTERET D'UN ORDINATEUR PORTABLE
L'intérêt principal d'un ordinateur portable par rapport à un ordinateur de bureau est sa mobilité ainsi que son encombrement réduit. En contrepartie le prix est généralement plus élevé pour des performances légèrement moindres et la configuration matérielle du portable est beaucoup moins souple, sauf à connecter des périphériques externes supplémentaires grâce aux nombreux ports d'entrée-sortie qui l'équipent. L'achat d'un ordinateur portable doit donc avant tout être motivé par un besoin de mobilité ou dans un souci d'économie de place.
De plus, avec l'émergence des réseaux sans fil, et en particulier du WiFi, il devient très facile de se connecter à Internet dans les lieux publics équipés de Hot-Spots ou bien tout simplement de n'importe quelle pièce du domicile, pour peu que ce dernier soit équipé d'une borne WiFi.
Pour des utilisations multimédias avancées (par exemple manipulation de vidéo numérique, connexion d'un appareil photo numérique, baladeur mp3, etc.), le choix devra se porter d'une part sur les performances de l'ordinateur (tant graphiques qu'en puissance de calcul) mais également sur les types de ports d'entrée-sortie disponibles et de leur nombre.
PROCESSEUR ET MEMOIRE VIVE
Le processeur représente le cerveau de l'ordinateur, dans la mesure où il traite les instructions. Sa vitesse d'exécution est conditionnée par sa fréquence (en MHz), mais deux processeurs de marques différentes peuvent avoir des performances tout à fait équivalentes en ayant des fréquences très différentes..
Si la fréquence du processeur reste un élément essentiel parmi les critères de choix d'un ordinateur portable, il est aujourd'hui préférable de privilégier la qualité de l'ensemble des composants (carte graphique, mémoire) à la seule valeur de la fréquence du processeur..
De plus, la quantité de mémoire vive peut avoir une importance considérable sur les performances, notamment pour des usages multimédias. Outre la quantité de mémoire, il est également important d'être attentif également à sa fréquence de fonctionnement, correspondant à la fréquence à laquelle vont tourner la plupart des périphériques..
ÉCRAN
Les écrans d'ordinateurs portables sont des écrans plats. Ils sont la plupart du temps à matrice active (généralement avec la technologie TFT, Thin Film transistor), c'est-à-dire que chaque pixel est contrôlé individuellement ce qui permet une meilleure fluidité d'affichage que les écrans à matrice passive, pour lesquels les pixels sont contrôlés par ligne et par colonne. Les dernières générations privilégient les matrices actives au détriment des matrices passives.
L'écran est caractérisé en premier lieu par sa taille, exprimée en pouces (un pouce valant 2,54 cm), correspondant à la diagonale de l'écran. Contrairement aux écrans à tube cathodique (écrans CRT), la diagonale d'un écran plat correspond à la surface utile d'affichage. D'autre part, compte tenu des technologies à base de cristaux liquides utilisées dans les écrans plats, la qualité d'un écran plat se définit par le temps de réponse, durée nécessaire afin de faire passer un pixel du blanc au noir, puis de nouveau du noir au blanc.
Le format d'affichage est généralement en 4:3 (soit 4 unités de largeur pour 3 unités de hauteur), mais il existe des formats d'écrans d'ordinateurs portables exotiques, proches du 16:9, tel que le format 15:10, plus adapté à la visualisation de séquences vidéos (lecture de DVD par exemple). Ce type d'écran présente en général une taille de diagonale non entière (par exemple 15.4 pouces).
DISQUE DUR
Le disque dur est le lieu de stockage des données de l'ordinateur, contrairement à la mémoire vive qui est une mémoire volatile servant uniquement de zone de transit d'informations lors du fonctionnement de l'ordinateur. La caractéristique la plus importante du disque dur est sa capacité (exprimée en gigaoctets), car elle détermine la quantité de données (et en particulier de programmes) que l'on peut stocker. Toutefois il convient de porter une attention particulière à ses performances (liées notamment à sa vitesse de rotation) pouvant pénaliser les capacités globales du système si elles sont trop faibles.
L'existence de disques durs externes (Firewire ou USB 2.0) permet néanmoins de s'affranchir des limitations intrinsèques des disques durs standard des ordinateurs portables et d'étendre autant que de besoin la capacité de stockage.
CARTE GRAPHIQUE
La carte graphique de l'ordinateur portable est intégrée, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une puce graphique spécialisée (chipset graphique) soudée sur la carte-mère et il n'est pas possible d'en changer une fois l'ordinateur portable acheté. Ainsi, si l'ordinateur portable est destiné à un usage pour des applications graphiques (visualisation ou manipulation de vidéo, jeux vidéos, applications 3D, etc.) il est conseillé de choisir un chipset graphique de marque.
LECTEUR OU GRAVEUR DE CD/DVD
De plus en plus d'ordinateurs portables intègrent en standard un lecteur de CD-ROM ou de DVD-ROM, voire un graveur sur des configurations de plus haut niveau. Lorsque le lecteur combine plusieurs de ces fonctions on parle alors de « combo ».
Il existe différents types de graveurs de CD (dont la capacité est d'environ 700 Mo) et de DVD (dont la capacité est de 4.7 Go).
Le terme « CD-R » désigne les disques compacts enregistrables,
Le terme « CD-RW » concerne les disques compacts réinscriptibles (réenregistrables),
Le terme « DVD-R » désigne les DVD enregistrables,
Le terme « DVD-RAM » désigne les DVD réinscriptibles (réenregistrables). Il existe ainsi deux normes incompatibles promues par des consortiums de constructeurs différents :
DVD+RW, porté par Philips, possédant des performances en matière de temps d'enregistrement généralement un peu meilleures que le format DVD-RW.
DVD-RW, dont le coût est légèrement moindre que les DVD+RW.
Il est à noter que des graveurs supporte l'ensemble de ces standards, on parle alors de graveurs « multi formats ».
INTERFACES D'ENTREES-SORTIES
Les interfaces d'entrées-sorties permettent d'étendre les fonctionnalités des ordinateurs portables en connectant des périphériques tiers. Les portables possèdent généralement des connecteurs PC Card (PCMCIA) permettant d'insérer des périphériques supplémentaires.
Les ports USB sont présents sur la totalité des ordinateurs portables récents mais il convient toutefois de vérifier s'il s'agit de ports USB 1.0, proposant un débit maximal de 12 Mbit/s, ou de ports USB 2.0, pouvant atteindre 480 Mbit/s !
La présence de ports IEEE 1394 (portant le nom commercial de Firewire pour Apple et i.LINK pour IBM) peut être intéressante notamment pour l'acquisition vidéo à partir d'un caméscope numérique DV. Les ports FireWire permettent d'obtenir des débits de l'ordre de 800 Mbit/s !
Quelques portables possèdent en standard des lecteurs multicartes capables de lire les mémoires flash au format Secure digital (SD Card), Multimedia Card (MMC), Memory stick (MS), SmartMedia (SM), Compact Flash (CF) ou xD picture card. Ce type de lecteur peut être extrêmement pratique pour les possesseurs de lecteurs mp3, d'appareil photo numérique ou assistants numériques personnels car il rend possible la copie directe de fichiers à haut débit (par exemple pour transférer de la musique ou des photos numériques).
ENTREES-SORTIES AUDIO ET VIDEO
L'ordinateur portable possède un écran et des hauts parleurs internes mais dans certaines circonstances il est utile, voire nécessaire, de pouvoir le connecter à des systèmes hi fi ou vidéos plus performants, par exemple pour une présentation ou pour la projection d'un DVD.
Les ordinateurs portables proposent en standard un connecteur VGA permettant de les connecter à un moniteur externe ou un vidéoprojecteur. Parfois les portables sont équipés d'une sortie vidéo (appelée sortie TV), c'est-à-dire un connecteur S-Video permettant de connecter l'ordinateur directement à un téléviseur.
Concernant la restitution audio, les ordinateurs portables possèdent une prise casque et une entrée microphone au format jack standard, ainsi que des hauts-parleurs stéréo de plus ou moins bonne qualité. La présence d'une sortie S/PDIF (sortie audio numérique) peut permettre de connecter l'ordinateur à un système sonore supportant une restitution en Dolby Digital 5.1 (pour une utilisation en Home Cinema par exemple).
DISPOSITIF DE POINTAGE / CLAVIER
Les ordinateurs portables intègrent en standard un clavier ainsi qu'un dispositif de pointage. Le dispositif de pointage est généralement un touchpad (pavé tactile), c'est-à-dire une surface plane tactile permettant de déplacer le curseur à la manière d'une souris. Certains portables sont parfois équipés de trackpoint, c'est-à-dire un petit capuchon tactile (généralement rouge) situé au centre du clavier permettant de déplacer le curseur par stimulation tactile.
Clavier et dispositif de pointage doivent être choisis en fonction de leur ergonomie, il est donc conseillé de les essayer afin de déterminer si leur confort d'utilisation convient..Il est à noter tout de même que rien n'empêche de connecter une souris traditionnelle à l'ordinateur portable pour plus de confort..
MOBILITE ET CONNECTIVITE RESEAU
Dans un monde communiquant il est inconcevable d'imaginer un ordinateur portable sans fonctionnalités réseau. On parle ainsi de nomadisme ou de mobilité pour désigner la capacité qu'a aujourd'hui un individu d'avoir accès à ses informations à travers Internet, quel que soit l'endroit où il se situe..
La plupart des ordinateurs portables sont équipés en standard d'un modem 56K V90, permettant de se connecter à Internet grâce au réseau téléphonique (RTC, réseau téléphonique commuté)..
Le connecteur réseau « 10/100 Mbit Fast Ethernet » permet de se connecter à un réseau local (LAN, Local Area Network) ou bien de raccorder l'ordinateur à un équipement réseau tel qu'un modem ADSL, un routeur ou un switch ou bien directement à un autre ordinateur par l'intermédiaire d'un câble réseau croisé..
Avec l'émergence des réseaux sans fil et la multiplication de points d'accès réseau sans fil dans des espaces publics ou privés (appelés Hot spots), la notion de nomadisme prend tout son sens. Ainsi, certains ordinateurs portables proposent en standard des adaptateurs WiFi, intégrés ou non. La technologie WiFi permet de connecter entre eux des ordinateurs équipés d'adaptateurs spécialisés (cartes WiFi) sur un rayon de plusieurs dizaines voire centaines de mètres et éventuellement de les relier à Internet grâce à un routeur sans fil (borne WiFi). Il existe plusieurs normes WiFi utilisant des canaux de transmission différents :.
Le WiFi 802.11a permettant d'obtenir un débit théorique de 54 Mbps (30 Mbps réels).
Le WiFi 802.11b permettant d'obtenir un débit théorique de 11 Mbps (6 Mbps réels) avec une portée pouvant aller jusqu'à 300 mètres dans un environnement dégagé..
Le WiFi 802.11g permettant d'obtenir un débit théorique de 54 Mbps (30 Mbps réels) sur la bande de fréquence des 2.4 GHz..
La technologie Bluetooth équipant certains ordinateurs portables est également une technologie de réseaux sans fil mais son utilisation est essentiellement axée sur les réseaux personnels sans fil (WPAN, Wireless Personal Area Network), c'est-à-dire qu'elle est destinée à la connexion de petits appareils domestiques sans fil tels que téléphones portables, PDA, etc..
La technologie IrDa (infrarouge) permet également de connecter de petits appareils sans liaison filaire mais souffre, contrairement à la technologie BlueTooth, de limitations en terme de distance (quelques dizaines de centimètres en vis-à-vis) et de débits réduits..
CARACTERISTIQUES TECHNIQUES
Lors de l'achat d'un ordinateur portable, outre le choix des éléments matériels, il est notamment important de veiller aux caractéristiques suivantes :.
poids : un ordinateur portable est fait pour être transporté, il est ainsi essentiel de le choisir le plus léger possible. Attention tout de même aux portables légers dont l'essentiel des périphériques est externe (lecteur de CD-ROM/DVD-ROM, souris, alimentation, boîtier de branchements divers, etc.).
autonomie : L'autonomie de l'ordinateur est fonction de la consommation de ses composants ainsi que des caractéristiques de la batterie..
Ni-Cad (Nickel / Cadmium) : type de batterie rechargeable devenu obsolète car souffrant de l'effet mémoire, c'est-à-dire une baisse progressive de la charge maximale lorsque celle-ci est rechargée alors qu'elle n'est pas complètement "à plat"..
Ni-Mh (Nickel / Métal Hybride): type de batterie rechargeable plus performant que les batteries Nickel-Cadmium..
Li-Ion (Lithium / Ion): type de batterie rechargeable équipant la majorité des ordinateurs portables. Les batteries Li-Ion offrent d'excellentes performances pour un coût modeste. D'autre part les batteries Li-Ion ne souffrent pas de l'effet mémoire, ce qui signifie qu'il n'est pas nécessaire de vider complètement la batterie avant de recharger l'appareil..
Li-Polymer (Lithium / Polymère) : type de batterie rechargeable ayant des performances équivalentes aux batteries Li-Ion mais beaucoup plus légères dans la mesure où le liquide électrolytique et le séparateur microporeux des batteries Li-Ion sont remplacés par un polymère solide, beaucoup plus léger. En contrepartie le temps de charge est plus important et leur durée de vie est plus faible..
On caractérise généralement l'autonomie de l'ordinateur par le temps moyen d'activité de l'ordinateur en veille / en utilisation..
Température de fonctionnement : Le fonctionnement des différents éléments de l'ordinateur portable (notamment le processeur) induit une augmentation de la température de l'ordinateur portable pouvant parfois être gênante (en particulier lorsque la température du clavier devient trop importante)..
Il peut exister un danger dû à la surchauffe, accentué notamment lorsque l'ordinateur portable fonctionne avec l'écran fermé, car celui-ci peut empêcher une bonne dissipation thermique..
bruit : Afin de dissiper la chaleur due au fonctionnement des différents éléments de l'ordinateur portable (notamment le processeur), les ordinateurs portables sont parfois équipés de dispositifs d'évacuation de la chaleur tels que des ventilateurs, pouvant créer une gêne auditive importante. Il en est de même pour les moteurs entraînant la rotation des disques durs ou du lecteur/graveur de CD/DVD. Il convient donc de se renseigner sur le niveau de bruit de l'ordinateur en fonctionnement..
Station d'accueil
Certains portables sont parfois fournis avec une station d'accueil (appelée aussi dock station ou réplicateur de ports). Il s'agit d'un réceptacle permettant d'accueillir l'ordinateur portable afin de le connecter très simplement à un clavier, une souris, un écran, etc.
Garantie
L'achat d'un ordinateur portable est un investissement important, il est donc essentiel de se prémunir des risques liés à un dysfonctionnement en souscrivant à une garantie. La garantie est d'autant plus essentielle sur un ordinateur portable qu'il n'est pas possible d'interchanger des éléments (carte graphique, carte son, etc.) comme cela peut être le cas sur des ordinateurs de bureau. La plupart des offres incluent de facto une garantie de quelques mois à un an, mais il peut être avisé de prendre une extension de garantie de quelques années afin de couvrir le maximum de risques.
Veillez à vous renseigner sur le type de dommages couverts par la garantie. Les batteries sont notamment rarement couvertes.
PROCESSEUR CPU
Présentation
Le processeur (CPU, pour Central Processing Unit, soit Unité Centrale de Traitement) est le cerveau de l'ordinateur. Il permet de manipuler des informations numériques, c'est-à-dire des informations codées sous forme binaire, et d'exécuter les instructions stockées en mémoire.
Le premier microprocesseur (Intel 4004) a été inventé en 1971. Il s'agissait d'une unité de calcul de 4 bits, cadencé à 108 kHz. Depuis, la puissance des microprocesseurs augmente exponentiellement. Quels sont donc ces petits morceaux de silicium qui dirigent nos ordinateurs?
FONCTIONNEMENT
Le processeur (noté CPU, pour Central Processing Unit) est un circuit électronique cadencé au rythme d'une horloge interne, grâce à un cristal de quartz qui, soumis à un courant électrique, envoie des impulsions, appelées « top ». La fréquence d'horloge (appelée également cycle, correspondant au nombre d'impulsions par seconde, s'exprime en Hertz (Hz). Ainsi, un ordinateur à 200 MHz possède une horloge envoyant 200 000 000 de battements par seconde. La fréquence d'horloge est généralement un multiple de la fréquence du système (FSB, Front-Side Bus), c'est-à-dire un multiple de la fréquence de la carte mère
A chaque top d'horloge le processeur exécute une action, correspondant à une instruction ou une partie d'instruction. L'indicateur appelé CPI (Cycles Par Instruction) permet de représenter le nombre moyen de cycles d’horloge nécessaire à l’exécution d’une instruction sur un microprocesseur. La puissance du processeur peut ainsi être caractérisée par le nombre d'instructions qu'il est capable de traiter par seconde. L'unité utilisée est le MIPS (Millions d'Instructions Par Seconde) correspondant à la fréquence du processeur que divise le CPI.
INSTRUCTION
Une instruction est l'opération élémentaire que le processeur peut accomplir. Les instructions sont stockées dans la mémoire principale, en vue d'être traitée par le processeur. Une instruction est composée de deux champs :
le code opération, représentant l'action que le processeur doit accomplir ;
le code opérande, définissant les paramètres de l'action. Le code opérande dépend de l'opération. Il peut s'agir d'une donnée ou bien d'une adresse mémoire.
Le nombre d'octets d'une instruction est variable selon le type de donnée (l'ordre de grandeur est de 1 à 4 octets).
Les instructions peuvent être classées en catégories dont les principales sont :.
Accès à la mémoire : des accès à la mémoire ou transferts de données entre registres..
Opérations arithmétiques : opérations telles que les additions, soustractions, divisions ou multiplication..
Opérations logiques : opérations ET, OU, NON, NON exclusif, etc..
Contrôle : contrôles de séquence, branchements conditionnels, etc..
REGISTRES
Lorsque le processeur exécute des instructions, les données sont temporairement stockées dans de petites mémoires rapides de 8, 16, 32 ou 64 bits que l'on appelle registres. Suivant le type de processeur le nombre global de registres peut varier d'une dizaine à plusieurs centaines..
Les registres principaux sont :.
le registre accumulateur (ACC), stockant les résultats des opérations arithmétiques et logiques ;
le registre d'état (PSW, Processor Status Word), permettant de stocker des indicateurs sur l'état du système (retenue, dépassement, etc.) ;.
le registre instruction (RI), contenant l'instruction en cours de traitement ;.
le compteur ordinal (CO ou PC pour Program Counter), contenant l'adresse de la prochaine instruction à traiter ;.
le registre tampon, stockant temporairement une donnée provenant de la mémoire..
MEMOIRE CACHE
La mémoire cache (également appelée antémémoire ou mémoire tampon) est une mémoire rapide permettant de réduire les délais d'attente des informations stockées en mémoire vive. En effet, la mémoire centrale de l'ordinateur possède une vitesse bien moins importante que le processeur. Il existe néanmoins des mémoires beaucoup plus rapides, mais dont le coût est très élevé. La solution consiste donc à inclure ce type de mémoire rapide à proximité du processeur et d'y stocker temporairement les principales données devant être traitées par le processeur. Les ordinateurs récents possèdent plusieurs niveaux de mémoire cache :.
La mémoire cache de premier niveau (appelée L1 Cache, pour Level 1 Cache) est directement intégrée dans le processeur. Elle se subdivise en 2 parties :
La première est le cache d'instructions, qui contient les instructions issues de la mémoire vive décodées lors de passage dans les pipelines.
La seconde est le cache de données, qui contient des données issues de la mémoire vive et les données récement utilisées lors des opérations du processeur.
Les caches du premier niveau sont très rapides d'accés. Leur délai d'accès tend à s'approcher de celui des registres internes aux processeurs.
La mémoire cache de second niveau (appelée L2 Cache, pour Level 2 Cache) est située au niveau du boîtier contenant le processeur (dans la puce). Le cache de second niveau vient s'intercaler entre le processeur avec son cache interne et la mémoire vive. Il est plus rapide d'accès que cette dernière mais moins rapide que le cache de premier niveau.
La mémoire cache de troisième niveau (appelée L3 Cache, pour Level 3 Cache) est située au niveau de la carte mère.
Tous ces niveaux de cache permettent de réduire les temps de latence des différentes mémoires lors du traitement et du transfert des informations. Pendant que le processeur travaille, le contrôleur de cache de premier niveau peut s'interfacer avec celui de second niveau pour faire des transferts d'informations sans bloquer le processeur. De même, le cache de second niveau est interfacé avec celui de la mémoire vive (cache de troisième niveau), pour permettre des transferts sans bloquer le fonctionnement normal du processeur.
SIGNAUX DE COMMANDE
Les signaux de commande sont des signaux électriques permettant d'orchestrer les différentes unités du processeur participant à l'exécution d'une instruction. Les signaux de commandes sont distribués grâce à un élément appelé séquenceur. Le signal Read / Write, en français lecture / écriture, permet par exemple de signaler à la mémoire que le processeur désire lire ou écrire une information.
UNITES FONCTIONNELLES
Le processeur est constitué d'un ensemble d'unités fonctionnelles reliées entre elles. L'architecture d'un microprocesseur est très variable d'une architecture à une autre, cependant les principaux éléments d'un microprocesseur sont les suivants
Une unité d'instruction (ou unité de commande, en anglais control unit) qui lit les données arrivant, les décode puis les envoie à l'unité d'exécution ; L'unité d'instruction est notamment constituée des éléments suivants :
séquenceur (ou bloc logique de commande) chargé de synchroniser l'exécution des instructions au rythme d'une horloge. Il est ainsi chargé de l'envoi des signaux de commande ;
compteur ordinal contenant l'adresse de l'instruction en cours ;
registre d'instruction contenant l'instruction suivante.
Une unité d'exécution (ou unité de traitement), qui accomplit les tâches que lui a données l'unité d'instruction. L'unité d'exécution est notamment composée des éléments suivants :
L'unité arithmétique et logique (notée UAL ou en anglais ALU pour Arithmetical and Logical Unit). :[font=Ballpark][size=14]L'UAL assure les fonctions basiques de calcul arithmétique et les opérations logiques (ET, OU, Ou exclusif, etc.) ;
:L'unité de virgule flottante (notée FPU, pour Floating Point Unit), qui accomplit les calculs complexes non entiers que ne peut réaliser l'unité arithmétique et logique.
Le registre d'état ;
Le registre accumulateur.
Une unité de gestion des bus (ou unité d'entrées-sorties), qui gère les flux d'informations entrant et sortant, en interface avec la mémoire vive du système ;
Le schéma ci-dessus donne une représentation simplifiée des éléments constituant le processeur (l'organisation physique des éléments ne correspond pas à la réalité) :
TRANSISTOR
Pour effectuer le traitement de l'information, le microprocesseur possède un ensemble d'instructions, appelé « jeu d'instructions », réalisées grâce à des circuits électroniques. Plus exactement, le jeu d'instructions est réalisé à l'aide de semiconducteurs, « petits interrupteurs » utilisant l'effet transistor, découvert en 1947 par John Barden, Walter H. Brattain et William Shockley qui reçurent le prix Nobel en 1956 pour cette découverte.
Un transistor (contraction de transfer resistor, en français résistance de transfert) est un composant électronique semi-conducteur, possédant trois électrodes, capable de modifier le courant qui le traverse à l'aide d'une de ses électrodes (appelée électrode de commande). On parle ainsi de «composant actif», par opposition aux « composants passifs », tels que la résistance ou le condensateur, ne possédant que deux électrodes (on parle de « bipolaire »).
Le transistor MOS (métal, oxyde, silicium) est le type de transistor majoritairement utilisé pour la conception de circuits intégrés. Le transistor MOS est composé de deux zones chargées négativement, appelées respectivement source (possédant un potentiel quasi-nul) et drain (possédant un potentiel de 5V), séparées par une région chargée positivement, appelée substrat (en anglais substrate). Le substrat est surmonté d'une électrode de commande, appelée porte (en anglais gate, parfois également appelée grille), permettant d'appliquer une tension sur le substrat.
Lorsque aucune tension n'est appliquée à l'électrode de commande, le substrat chargé positivement agit telle une barrière et empêche les électrons d'aller de la source vers le drain. En revanche, lorsqu'une tension est appliquée à la porte, les charges positives du substrat sont repoussées et il s'établit un canal de communication, chargé négativement, reliant la source au drain.
Le transistor agit donc globalement comme un interrupteur programmable grâce à l'électrode de commande. Lorsqu'une tension est appliquée à l'électrode de commande, il agit comme un interrupteur fermé, dans le cas contraire comme un interrupteur ouvert.
Circuits intégrés
Assemblés, les transistors peuvent constituer des circuits logiques, qui, assemblés à leur tour, constituent des processeurs. Le premier circuit intégré date de 1958 et a été mis au point par la société Texas Instruments.
Les transistors MOS sont ainsi réalisés dans des tranches de silicium (appelées wafer, traduisez gaufres), obtenues après des traitements successifs. Ces tranches de silicium sont alors découpées en éléments rectangulaires, constituant ce que l'on appelle un « circuit ». Les circuits sont ensuite placés dans des boîtiers comportant des connecteurs d'entrée-sortie, le tout constituant un « circuit intégré ». La finesse de la gravure, exprimée en microns (micromètres, notés µm), définit le nombre de transistors par unité de surface. Il peut ainsi exister jusqu'à plusieurs millions de transistors sur un seul processeur.
La loi de Moore, édictée en 1965 par Gordon E. Moore, cofondateur de la société Intel, prévoyait que les performances des processeurs (par extension le nombre de transistors intégrés sur silicium) doubleraient tous les 12 mois. Cette loi a été révisée en 1975, portant le nombre de mois à 18.
La loi de Moore se vérifie encore aujourd'hui.
Dans la mesure où le boîtier rectangulaire possède des broches d'entrée-sortie ressemblant à des pattes, le terme de « puce électronique » est couramment employé pour désigner les circuits intégrés.
FAMILLES
Chaque type de processeur possède son propre jeu d'instruction. On distingue ainsi les familles de processeurs suivants, possédant chacun un jeu d'instruction qui leur est propre :80x86 : le « x » représente la famille. On parle ainsi de 386, 486, 586, 686, etc....................ARM - IA-64 - MIPS - Motorola 6800 - PowerPC - SPARC ...
Cela explique qu'un programme réalisé pour un type de processeur ne puisse fonctionner directement sur un système possédant un autre type de processeur, à moins d'une traduction des instructions, appelée émulation. Le terme « émulateur » est utilisé pour désigner le programme réalisant cette traduction.
JEU D'INSTRUCTION
On appelle jeu d’instructions l’ensemble des opérations élémentaires qu'un processeur peut accomplir. Le jeu d'instruction d'un processeur détermine ainsi son architecture, sachant qu'une même architecture peut aboutir à des implémentations différentes selon les constructeurs.Le processeur travaille effectivement grâce à un nombre limité de fonctions, directement câblées sur les circuits électroniques. La plupart des opérations peuvent être réalisé à l'aide de fonctions basiques. Certaines architectures incluent néanmoins des fonctions évoluées courante dans le processeur.
ARCHITECTURE CISC
L'architecture CISC (Complex Instruction Set Computer, soit « ordinateur à jeu d'instruction complexe ») consiste à câbler dans le processeur des instructions complexes, difficiles à créer à partir des instructions de base.L'architecture CISC est utilisée en particulier par les processeurs de type 80x86. Ce type d'architecture possède un coût élevé dû aux fonctions évoluées imprimées sur le silicium.D'autre part, les instructions sont de longueurs variables et peuvent parfois nécessiter plus d'un cycle d'horloge. Or, un processeur basé sur l'architecture CISC ne peut traîter qu'une instruction à la fois, d'où un temps d'exécution conséquent.
Architecture RISC
Un processeur utilisant la technologie RISC (Reduced Instruction Set Computer, soit « ordinateur à jeu d'instructions réduit ») n'a pas de fonctions évoluées câblées.
Les programmes doivent ainsi être traduits en instructions simples, ce qui entraîne un développement plus difficile et/ou un compilateur plus puissant. Une telle architecture possède un coût de fabrication réduit par rapport aux processeurs CISC. De plus, les instructions, simples par nature, sont exécutées en un seul cycle d'horloge, ce qui rend l'exécution des programmes plus rapide qu'avec des processeurs basés sur une architecture CISC. Enfin, de tels processeurs sont capables de traîter plusieurs instructions simultanément en les traitant en parallèle.
AMELIORATIONS TECHNOLOGIQUES
Au cours des années, les constructeurs de microprocesseurs (appelés fondeurs), ont mis au point un certain nombre d'améliorations permettant d'optimiser le fonctionnement du processeur.
Le parallélisme
Le parallélisme consiste à exécuter simultanément, sur des processeurs différents, des instructions relatives à un même programme. Cela se traduit par le découpage d'un programme en plusieurs processus traités en parallèle afin de gagner en temps d'exécution.
Ce type de technologie nécessite toutefois une synchronisation et une communication entre les différents processus, à la manière du découpage des tâches dans une entreprise : le travail est divisé en petits processus distincts, traités par des services différents. Le fonctionnement d'une telle entreprise peut être très perturbé lorsque la communication entre les services ne fonctionne pas correctement.
LE PIPELINE
Le pipeline (ou pipelining) est une technologie visant à permettre une plus grande vitesse d'exécution des instructions en parallélisant des étapes.
Pour comprendre le mécanisme du pipeline, il est nécessaire au préalable de comprendre les phases d'exécution d'une instruction. Les phases d'exécution d'une instruction pour un processeur contenant un pipeline « classique » à 5 étages sont les suivantes :
LI : (Lecture de l'Instruction (en anglais FETCH instruction) depuis le cache ;
DI : Décodage de l'Instruction (DECODe instruction) et recherche des opérandes (Registre ou valeurs immédiate);
EX : Exécution de l'Instruction (EXECute instruction) (si ADD, on fait la somme, si SUB, on fait la soustraction, etc.);
MEM : Accès mémoire (MEMory access), écriture dans la mémoire si nécéssaire ou chargement depuis la mémoire ;
ER : Ecriture (Write instruction) de la valeur calculée dans les registres.
Les instructions sont organisées en file d'attente dans la mémoire, et sont chargées les unes après les autres.
Grâce au pipeline, le traitement des instructions nécessite au maximum les cinq étapes précédentes.
Dans la mesure où l'ordre de ces étapes est invariable (LI, DI, EX, MEM et ER), il est possible de créer dans le processeur un certain nombre de circuits spécialisés pour chacune de ces phases.
L'objectif du pipeline est d'être capable de réaliser chaque étape en parallèle avec les étapes amont et aval, c'est-à-dire de pouvoir lire une instruction (LI) lorsque la précédente est en cours de décodage (DI), que celle d'avant est en cours d'exécution (EX), que celle située encore précédemment accède à la mémoire (MEM) et enfin que la première de la série est déjè en cours d'écriture dans les registres (ER).
Il faut compter en général 1 à 2 cycles d'horloge (rarement plus) pour chaque phase du pipeline, soit 10 cycles d'horloge maximum par instruction. Pour deux instructions, 12 cycles d'horloge maximum seront nécessaires (10+2=12 au lieu de 10*2=20), car la précédente instruction était déjà dans le pipeline. Les deux instructions sont donc en traitement dans le processeur, avec un décalage d'un ou deux cycles d'horloge). Pour 3 instructions, 14 cycles d'horloge seront ainsi nécessaires, etc.
Le principe du pipeline est ainsi comparable avec une chaîne de production de voitures. La voiture passe d'un poste de travail à un autre en suivant la chaîne de montage et sort complètement assemblée à la sortie du bâtiment. Pour bien comprendre le principe, il est nécessaire de regarder la chaîne dans son ensemble, et non pas véhicule par véhicule.. Il faut ainsi 3 heures pour faire une voiture, mais pourtant une voiture est produite toute les minutes !
Il faut noter toutefois qu'il existe différents types de pipelines, de 2 à 40 étages, mais le principe reste le même.
TECHNOLOGIE SUPERSCALAIRE
La technologie superscalaire (en anglais superscaling) consiste à disposer plusieurs unités de traitement en parallèle afin de pouvoir traiter plusieurs instructions par cycle.
HYPERTHREADING
La technologie HyperThreading (ou Hyper-Threading, noté HT, traduisez HyperFlots ou HyperFlux) consiste à définir deux processeurs logiques au sein d'un processeur physique. Ainsi, le système reconnaît deux processeurs physiques et se comporte en système multitâche en envoyant deux thréads simultanés, on parle alors de SMT (Simultaneous Multi Threading). Cette « supercherie » permet d'utiliser au mieux les ressources du processeur en garantissant que des données lui sont envoyées en masse.
PRESENTATION DE LA CARTE MERE
L'élément constitutif principal de l'ordinateur est la carte mère (en anglais « mainboard » ou « motherboard », parfois abrégé en « mobo »). La carte mère est le socle permettant la connexion de l'ensemble des éléments essentiels de l'ordinateur.
Comme son nom l'indique, la carte mère est une carte maîtresse, prenant la forme d'un grand circuit imprimé possédant notamment des connecteurs pour les cartes d'extension, les barrettes de mémoires, le processeur, etc.
CARACTERISTIQUES
Il existe plusieurs façons de caractériser une carte mère, notamment selon les caractéristiques suivantes :
Le facteur d'encombrement, Le chipset, Le type de support de processeur, Les connecteurs d'entrée-sortie.
FACTEUR D'ENCOMBREMENT D'UNE CARTE MERE
On désigne généralement par le terme « facteur d'encombrement » (ou facteur de forme, en anglais form factor), la géométrie, les dimensions, l'agencement et les caractéristiques électriques de la carte mère. Afin de fournir des cartes mères pouvant s'adapter dans différents boîtiers de marques différentes, des standards ont été mis au point :
AT baby / AT full format est un format utilisé sur les premiers ordinateurs PC du type 386 ou 486. Ce format a été remplacé par le format ATX possédant une forme plus propice à la circulation de l'air et rendant l'accès aux composants plus pratique ;
ATX : Le format ATX est une évolution du format Baby-AT. Il s'agit d'un format étudié pour améliorer l'ergonomie. Ainsi la disposition des connecteurs sur une carte mère ATX est prévue de manière à optimiser le branchement des périphériques (les connecteurs IDE sont par exemple situés du côté des disques). D'autre part, les composants de la carte mère sont orientés parallèlement, de manière à permettre une meilleure évacuation de la chaleur ;
ATX standard : Le format ATX standard présente des dimensions classiques de 305x244 mm. Il propose un connecteur AGP et 6 connecteurs PCI.
micro-ATX : Le format microATX est une évolution du format ATX, permettant d'en garder les principaux avantages tout en proposant un format de plus petite dimension (244x244 mm), avec un coût réduit. Le format micro-ATX propose un connecteur AGP et 3 connecteurs PCI.
Flex-ATX : Le format FlexATX est une extension du format microATX afin d'offrir une certaine flexibilité aux constructeurs pour le design de leurs ordinateurs. Il propose un connecteur AGP et 2 connecteurs PCI.
mini-ATX : Le format miniATX est un format compact alternatif au format microATX (284x208 mm), proposant un connecteur AGP et 4 connecteurs PCI au lieu des 3 du format microATX. Il est principalement destiné aux ordinateurs de type mini-PC (barebone).
BTX : Le format BTX (Balanced Technology eXtended), porté par la société Intel, est un format prévu pour apporter quelques améliorations de l'agencement des composants afin d'optimiser la circulation de l'air et de permettre une optimisation acoustique et thermique. Les différents connecteurs (connecteurs de mémoire, connecteurs d'extension) sont ainsi alignés parallèlement, dans le sens de circulation de l'air. Par ailleurs le microprocesseur est situé à l'avant du boîtier au niveau des entrées d'aération, où l'air est le plus frais. Le connecteur d'alimentation BTX est le même que celui des alimentations ATX. Le standard BTX définit trois formats :
BTX standard, présentant des dimensions standard de 325x267 mm ;
micro-BTX, de dimensions réduites (264x267 mm) ;
pico-BTX, de dimensions extrêmement réduites (203x267 mm).
ITX : Le format ITX (Information Technology eXtended), porté par la société Via, est un format extrêmement compact prévu pour des configurations exigûes telles que les mini-PC. Il existe deux principaux formats ITX :.
mini-ITX, avec des dimensions minuscules (170x170 mm) est un emplacement PCI ;
nano-ITX, avec des dimensions extrêmement minuscules (120x120 mm) et un emplacement miniPCI.
COMPOSANTS INTEGRES
La carte mère contient un certain nombre d'éléments embarqués, c'est-à-dire intégrés sur son circuit imprimé :
Le chipset, circuit qui contrôle la majorité des ressources (interface de bus du processeur, mémoire cache et mémoire vive, slots d'extension,...),
L'horloge et la pile du CMOS,
Le BIOS,
Le bus système et les bus d'extension.
En outre, les cartes mères récentes embarquent généralement un certain nombre de périphériques multimédia et réseau pouvant être désactivés :
Carte réseau intégré ; Carte graphique intégrée ; Carte son intégrée ; Contrôleurs de disques durs évolués.

LE CHIPSET
Le chipset (traduisez jeu de composants ou jeu de circuits) est un circuit électronique chargé de coordonner les échanges de données entre les divers composants de l'ordinateur (processeur, mémoire...). Dans la mesure où le chipset est intégré à la carte mère, il est important de choisir une carte mère intégrant un chipset récent afin de maximiser les possibilités d'évolutivité de l'ordinateur.
Certains chipsets intègrent parfois une puce graphique ou une puce audio, ce qui signifie qu'il n'est pas nécessaire d'installer une carte graphique ou une carte son. Il est toutefois parfois conseillé de les désactiver (lorsque cela est possible) dans le setup du BIOS et d'installer des cartes d'extension de qualité dans les emplacements prévus à cet effet.
L'HORLOGE ET LA PILE DU CMOS
L'horloge temps réel (notée RTC, pour 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 (appelés tops d'horloge) afin de cadencer le système. On appelle fréquence de l'horloge (exprimée en MHz) 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 le système peut traiter d'informations.
Lorsque l'ordinateur est mis hors tension, l'alimentation cesse de fournir du courant à la carte mère. Or, lorsque l'ordinateur est rebranché, le système est toujours à l'heure. Un circuit électronique, appelé CMOS (Complementary Metal-Oxyde Semiconductor, parfois appelé BIOS CMOS), conserve en effet certaines informations sur le système, telles que l'heure, la date système et quelques paramètres essentiels du système.
Le CMOS est continuellement alimenté par une pile (au format pile bouton) ou une batterie située 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. Dans 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 employé pour décrire ce processus de copie en mémoire vive.
Le « complémentary metal-oxyde semiconductor », est une technologie de fabrication de transistors, précédée de bien d'autres, telles que la TTL (« Transistor-transistor-logique »), la TTLS (TTL Schottky) (plus rapide), ou encore le NMOS (canal négatif) et le PMOS (canal positif).
Le CMOS a permis de mettre des canaux complémentaires sur une même puce. Par rapport à la TTL ou TTLS, le CMOS est beaucoup moins rapide, mais a consomme en revanche infiniment moins d'énergie, d'où son emploi dans les horloges d'ordinateurs, qui sont alimentées par des piles. Le terme de CMOS est parfois utilisé à tort pour désigner l'horloge des ordinateurs.
Lorsque l'heure du système est régulièrement réinitialisée, ou que l'horloge prend du retard, il suffit généralement d'en changer la pile
LE BIOS
Le BIOS (Basic Input/Output System) est le programme basique servant d'interface entre le système d'exploitation et la carte mère. Le BIOS est stocké dans une ROM (mémoire morte, c'est-à-dire une mémoire en lecture seule), ainsi il utilise les données contenues dans le CMOS pour connaître la configuration matérielle du système.
Il est possible de configurer le BIOS grâce à une interface (nommée BIOS setup, traduisez configuration du BIOS) accessible au démarrage de l'ordinateur par simple pression d'une touche (généralement la touche Suppr. En réalité le setup du BIOS sert uniquement d'interface pour la configuration, les données sont stockées dans le CMOS. Pour plus d'informations n'hésitez pas à vous reporter au manuel de votre carte mère).
LE SUPPORT DE PROCESSEUR