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Anatomie d'un ordinateur

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Composants internes fondamentaux

Toutes les machines ressemblant de près ou de loin à un ordinateur, c'est-à-dire permettant d'installer des logiciels et de les faire fonctionner, ceci incluant les smartphones, les serveurs web, les raspberries[1], etc,, utilisent le même type d'agencement matériel.

Carte mère

Motherboard-diagram-01.jpg

La base est un circuit imprimé appelé carte mère. C'est elle qui va permettre à tous les autres composants de communiquer entre eux. Dans les ordinateurs de type tour[2], les composants sont en général interchageables, au contraire des ordinateurs portables et des smartphones dans lesquels la majorité voir tous les composants y sont soudés dans le but de gagner un maximum de place et de poids.

Chaque zone de la carte mère est dédiée à un type de composant. Un code couleur rends en général relativement aisé l'assemblage des différentes pièces.

La carte mère a par défaut un petit processeur contenant un programme qui est lancé automatiquement à l'allumage. Ce programme est en général appelé BIOS[3], même si il maintenant couramment remplacé par l'UEFI[4]. Le rôle de ce programme est de vérifier la présence des composants à l'allumage et de lancer l'OS[5].

Alimentation

Ordinateur-bloc d'alimentation.jpg

L'ensemble des composants internes d'un ordinateur fonctionne grâce à du courant continu[6], alors que le courant disponible via le réseau de distribution est de l'aternatif[7]. Le courant domestique est beaucoup trop puissant pour l'électronique, il doit donc être converti pour pouvoir faire fonctionner les composants. Cette tâche est assurée par le bloc d'alimentation, qui fournit différents voltages en courant continu: 3.3 volts, 5 volts et 12 volts.

Ordinateur alimentation voltages.jpg

La puissance de l'alimentation doit être ajustée en fonction des composants. Une carte graphique ou un processeur puissant vont par exemple consommer beaucoup plus de courant que leurs équivalents bas de gamme.

Pour plus d'information, voir wikipedia:Power_supply_unit_(computer).

CPU

Le processeur central (Central Processing Unit) est le coeur de la machine. C'est lui qui effectue la majorité des opérations relatives à la de gestion des applications, du matériel ou des droits d'accès. C'est à travers lui que l'OS[5] fait fonctionner les programmes, sauve les documents, récupère les flux réseaux ou les entrées utilisateurs (souris et clavier entre autres) ou envoie les images à afficher à l'écran.

Leur taille et forme ainsi que le nombre de dents sur leur semelle varie en fonction des marques et de leur fonctionnalité.

Processeur

750px-AMD Phenom II X4 840 (HDX840WFK42GM) CPU-top oblique PNr°0373.jpg

Connecteurs, vue du dessous.

Processor-298666 960 720.jpg

La partie métallique est une coque protégeant des milliards de transistors microscopiques. Ci-dessous, vue interne de 2 processeurs anciens photographiés au microscope.

AMD 8088 die.JPG Intel Pentium 120 MHz P54CS die.JPG

Cycle

Un processeur est une machine à calculer rapide mais pas très subtile. Le nombre d'opération effectuables nativement par un processeur est relativement réduit, voir la notion de instruction set[8] et les spécifications de la norme x86. Ces opérations simples, des additions, des comparaisons, des sauts dans la mémoire, etc., sont la base du langage des machines et c'est sur cette base que nous manipulons de la vidéos, du son, du texte et tout autre medium informatisé. Pour compenser son étroitesse d'esprit, il va très vite pour effectuer ces opérations. Pour avoir un ordre d'idée, un processeur cadencé à 3Ghz effectue 3.000.000.000 de cycles par secondes[9]. À défaut d'avoir une tête, il faut avoir des jambes me disait ma grand-mère.

Cette vitesse est exprimée en hertz (nombre de cyles par secondes) et se retrouve dans les fiches techniques sous le nom fréquence.

Coeurs

Les CPU modernes sont de plus en souvent multi-coeurs. Par opposition à un processeur mono-coeur, qui ne peut accomplir qu'une seule opération par cycle, un processeur ayant 4 coeurs pourra en accomplir 4 dans le même temps. Un CPU fonctionnant 3Ghz et ayant 4 coeurs pourra donc traiter 12.000.000.000 de commandes par secondes. Le gain n'est pas exactement de 400% puisqu'une partie des calculs doivent servir à synchroniser le travail fait en parallèle.

Coeurs physiques: il s'agit de parties identifiables physiquement dans le processeur. Dans l'image ci-dessous, on peut voir 5 CPU dífférents en jaune.

Tegra 3 cpu.jpg

Il s'agit donc ici d'un processeur constitué de 5 processeurs plus petits.

Coeurs logiques: certains processeurs sont conçus pour optimiser le traitement des instructions au sein d'un même coeur. On parle alors de coeurs logiques.

Remarque: Avoir une pléthore de coeurs ne garantit en rien un bond de performance de vos applications. Une application doit intégrer à son fonctionnement le parallélisme pour tirer profit de l'architecture mutli-coeurs et voir ses performances augmenter. Dans le cas contraire, seul l'OS en tirera profit, vous permettant de faire fonctionner plusieurs applications simultanément sans ralentissement. Le moteur de jeux vidéos mainstream sont à cet égard extrêment bien pensés.

Autres aspects

Le CPU étant capable de traiter n'importe quel type d'information, il remplace la carte graphique dans les petites machines.

D'autres aspects rentrent en compte dans les performances d'un CPU, comme les niveaux de caches, la mémoire interne ou la vitesse des bus. La page wikipédia et ses sous-pages vont permettront de vous familiariser avec eux.

Vous pourrez trouver ici un guide d'achat vous expliquant en détails les différents paramètres à prendre en compte lors du choix de votre CPU.

Références

  1. Raspberry Pi, https://www.raspberrypi.org/
  2. Voir la définition deComputer case sur wikipédia.
  3. BIOS, Basic Input/Output System, voir wikiepdia:BIOS
  4. UEFI, Unified Extensible Firmware Interface, voir wikiepdia:Unified_Extensible_Firmware_Interface
  5. 5.0 5.1 OS, Operating system, voir wikiepdia: Operating system
  6. Voir la définition du courant continu sur wikipedia
  7. Voir la définition du courant altérnatif sur wikipedia
  8. Instruction Set, https://www.computerhope.com/jargon/i/instset.htm
  9. https://software.intel.com/en-us/forums/intel-isa-extensions/topic/289949