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motherboard, circuit imprimé, système nerveux du micro-ordinateur communaute de noctambules
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SYSTÈME NERVEUX DU PC

Présentation de la carte mère

La carte-mère est le système nerveux du pc. C’est sur elle que sont assemblés tous les éléments (ou presque) de votre ordinateur. Son choix est primordial si vous souhaitez pouvoir faire évoluer votre configuration à moindre coût. Une bonne carte-mère vous permettra également de profiter au maximum de vos périphériques qui ne seront pas limités par une carte d’entrée de gamme peu performante. 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. 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 intégrée ;
carte graphique intégrée ;
carte son intégrée ;
contrôleurs de disques durs évolués.

Les éléments de la carte mère
Le chipset

Composant électronique principal d’une carte mère, le chipset sert d’interface entre le microprocesseur d’une part, la mémoire et les périphériques internes d’autre part. Il gère toutes les communications entre le processeurs et les autres composants. Ses performances sont aussi importantes que la vitesse du processeur pour la vitesse 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.

Le chipset (aussi appelé jeu de composants) est la plateforme centrale de la carte. Il va coordonner les échanges de données entre le processeur et les divers périphériques. Sans un bon chipset, votre PC ne pourra évoluer facilement et à moindre coût. Certains chipsets intègrent une puce graphique, audio, réseau, modem, etc. Cela veut dire qu’il n’est pas nécessaire d’acheter ces composants car ils se trouvent déjà sur la carte-mère, soudés. Toutefois, mieux vaut désactiver ces composants généralement peu performants (surtout en ce qui concerne les chipsets graphiques, bien que les progrès des chipsets dernières générations soient notables) et en installer de véritables. Cela coûtera plus cher mais vous ne le regretterez pas. Voici un diagramme d’un chipset, on y distingue le northbridge et le southbridge :

C’est également lui qui va vous permettre de bénéficier de fonctions très intéressantes qui ne sont pas disponibles sur tous les chipsets. Voici quelques fonctions intéressantes :

Le SATA : Aujourd’hui presque tous les chipsets modernes intègrent un contrôleur SATA (Serial ATA). Cette interface apparue en février 2003 utilise un bus série (contrairement au PATA pour Parallel ATA qui lui utilise un bus parallèle). La bande passante (quantité de données que peut transporter un bus en un temps donné) de cette interface est plus élevée que le PATA : le SATA permet de transporter les données à 150 Mo/s, et même 300 Mo/s dans sa première révision qui porte le nom de SATA II. Le SATA utilise des connecteurs plus fins que l’IDE (il n’a besoin que de 4 fils pour fonctionner contrairement aux dernières nappes IDE nécessitant 80 fils, cependant le connecteur en comporte 7).
Un connecteur SATA :

Le RAID : Le RAID est de plus en plus intégré dans les cartes-mères. Que ce soit RAID 0, RAID 1 ou parfois d’autres niveaux de RAID, il faut savoir que la plupart des cartes-mères (pour ne pas dire toutes) intègrent un contrôleur RAID semi-hardware. C’est important de le souligner : ce n’est pas pareil qu’un vrai contrôleur raid. C’est aussi pour ça que vous avez entre autres besoin d’appuyer sur F6 et d’insérer des pilotes lorsque vous installez Windows XP avec un système RAID SATA par exemple… Les performances (bien que largement suffisantes) sont légèrement inférieures à celles offertes par une vraie carte contrôleur car le pourcentage du processeur utilisé est supérieur (étant donné que la partie “logiciel” gère aussi le RAID, il y a une perte de performances inhérente à ce système).

Le Matrix RAID : Le Matrix RAID est une technologie présente sur quelques cartes-mères Intel. Cette techologie permet d’avoir différents niveaux de RAID en utilisant les mêmes disques. Vous pouvez ainsi utiliser un RAID 0 pour les performances et y installer le système d’exploitation, tout en utilisant un RAID 1 pour vos documents par exemple, et tout ceci en utilisant simplement deux disques ! L’Intel Matrix Storage Technology est disponible sur les chipsets ICH6R et ICH6RW. Il s’agit d’une solution RAID basée sur 4 ports Serial-ATA qui va permettre de mettre des disques durs en RAID de façon moins contraignante que les solutions actuelles. En effet les contrôleurs RAID actuels ne permettent avec deux disques identiques que de faire soit du RAID 0, soit du RAID 1. Bref, c’est l’un ou l’autre. Avec le Matrix RAID, Intel permet de combiner sur deux disques à la fois du RAID 0 et du RAID 1. Par exemple avec deux disques durs Maxtor 250 Go, il est possible de créer un RAID 0 (stripping) de 100 Go (les 50 premiers Go de chaque disque) et un RAID1 (mirroring) de 200 Go avec les 400 Go restant. Avec les RAID traditionnels, un RAID 0 et un RAID 1 dans une même configuration nécessite l’usage de quatre disques. Même si c’est évident, ajoutons que l’ICH6R ne permet pas de faire du RAID 0+1 avec deux disques durs.

Le PCI express : Le PCI Express est rapidement devenu un puisant moteur de développement pour l’industrie de la carte graphique, car il a permis à ATI/AMD et Nvidia d’équiper les ordinateurs de systèmes à deux voire quatre cartes graphiques. Par ailleurs, le PCI Express restera important pour faire évoluer des composants gourmands en bande passante, comme les cartes graphiques pour les applications 3D et les jeux. La puissance de calcul supplémentaire fournie par les cartes graphiques supplémentaires peut être utilisée pour maintenir un même niveau de vitesse à des résolutions plus élevées, à ajouter des effets visuels, ou encore améliorer le débit d’images avec les paramètres standards. Cette dernière option n’a pas tellement d’intérêt, dès lors que de nombreuses cartes graphiques actuelles sont suffisamment puissantes pour les résolutions classiques de 1024 x 768 et 1280 x 1024. Le potentiel de croissance commercial est énorme, grâce aux systèmes à deux ou quatre cartes graphiques Crossfire d’ATI et SLI de Nvidia, car l’utilisateur doit acheter une plate-forme compatible avec ces normes respectives. Il n’existe pas, du moins pour l’instant, de carte mère supportant à la fois le Crossfire et SLI. Le bus PCI express est un bus série, chaque “X” signifie que le bus peut transporter 250 Mo/s de données. Il existe différentes vitesses et différents ports associés pour le PCI express :

Le PCI Express 1X : sa bande passante est de 250 Mo/s (presque le double de celle du bus PCI)
Le PCI Express 2X : sa bande passante est de 500 Mo/s
Le PCI Express 4X : sa bande passante est d’1 Go/s
Le PCI Express 8X : sa bande passante est de 2 Go/s
Le PCI Express 16X : sa bande passante est de 4 Go/s (le double de celle de l’AGP 8X)

Le BIOS : Le “Basic Input-Output System” (BIOS) est dans un PC un jeu essentiel de routines stockées dans une puce de la carte mère. Il sert d’intermédiaire entre le hardware de l’ordinateur et son système d’exploitation. Sans le BIOS, le système d’exploitation du PC n’aurait aucun moyen de communiquer avec le hardware ou de le contrôler.
En d’autres termes, le BIOS est en composant essentiel de n’importe quel ordinateur. Si ses options sont paramétrées de façon incorrecte, le BIOS peut ralentir l’ordinateur de 40%. Malheureusement, au fur et à mesure qu’apparaissent de nouveaux processeurs et chipsets de cartes mères, les options du BIOS deviennent de plus en plus difficiles à appréhender. Il s’ensuit que beaucoup de techniciens occasionnels sont toujours déroutés par les options sibyllines proposées par le programme de paramétrage du BIOS des ordinateurs modernes. Chaque constructeur de cartes mères ou d’ordinateur utilise un BIOS différent, nous allons donc détailler pas à pas ce qu’il faut faire pour optimiser le BIOS en nous appuyant sur une carte de référence, en l’occurrence la carte Asus A7N8X-E Deluxe. Par ailleurs, la A7N8X-E est un des modèles Asus les plus populaires. Elle est sortie depuis deux ans et elle est toujours vendue aujourd’hui pour les systèmes AMD. Il va de soi que quelle que soit la carte mère que l’on utilise, il y a des différences avec ce modèle, mais les exemples peuvent néanmoins vous donner une idée précise des réglages que vous pouvez effectuer.
Il faut garder à l’esprit que changer les paramètres du BIOS de façon incorrecte peut amener des dysfonctionnements sur voter PC. Quand cela arrive il faut faire une remise à zéro du BIOS pour retrouver les “paramètres usine” par défaut (c’est à dire non optimisés). On peut en général le faire par le biais d’un cavalier sur la carte mère, ce qui est plus facile dire qu’à faire sur beaucoup de portables ! Rien de ce que nous vous expliquons ici ne devrait avoir d’effet négatif sur un PC, quel qu’il soit, mais faîtes attention à suivre chaque étape à la lettre.

De nombreux grands constructeurs de PC comme Dell, HP, Gateway et Micron limitent les options de BIOS accessibles aux utilisateurs pour éviter les bidouillages malencontreux et les appels au service client qui en résultent. Par conséquent, il vous sera peut-être impossible de profiter de certains des réglages optimisés décrits ici, si vous avez un PC de ces constructeurs. La majorité des PC affichent brièvement un message indiquant comment l’on peut rentrer dans le “Setup” (configuration), le programme où l’on peut régler les paramètres du BIOS. Vous n’avez que quelques instants pour appuyer sur la touche indiquée avant que votre système d’exploitation ne commence à se charger. Pour rentrer dans le BIOS, allumez le PC et maintenez la touche indiquée enfoncée ou appuyez dessus de façon répétée. Sur la plupart des PC, c’est la touche “Del”, la touche “F1″ ou “F2″. Si votre PC n’utilise pas ces clés pour entrer dans le “setup” et/ou s’il n’affiche pas le message décrit plus haut à l’allumage, il vous faudra consulter votre documentation ou contacter le constructeur pour avoir un support technique.

Il est recommandé de redémarrer après chaque modification de paramètre du BIOS pour s'assurer que le système fonctionne normalement. Si l'on procède à de nombreux changements avant de redémarrer, et que le système refuse de redémarrer, il sera difficile de déterminer quelle modification en particulier est responsable de l'échec.

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 socket : Le port destiné au processeur (socket) ne cesse d’évoluer. Il est passé du socket 7 (processeurs Pentiums), au slot 1 chez INTEL et au slot A chez AMD. Mais il fait un retour en force, sous forme de socket 478 et 775 chez INTEL et socket 462 puis 939 chez AMD. Les chiffres correspondent au nombre de trous du socket.

Les bus : Ensemble de conducteurs électriques montés en parallèle, permettant l’échange d’informations entre les composantes matérielles d’un ordinateur : microprocesseur, mémoire, contrôleur de périphériques. Il existe différents types de bus, dédiés à des tâches spécialisées, et transmettant ainsi des signaux spécifiques : bus d’adresse, bus de données, bus de contrôle, bus d’entrée-sortie. Toutefois, un seul bus peut également transmettre différents types de données.
Un bus est défini par plusieurs caractéristiques, dont les principales sont les suivantes :

- sa largeur, exprimée en bits (16, 32 ou 64 bits en général), désigne le nombre de bits que le bus peut transmettre simultanément ;
- sa fréquence, exprimée en mégahertz (MHz), indique le nombre de millions d’informations échangées par seconde via le bus ;
- son débit, la longueur de ses connexions, sa tension, le format de ses connecteurs, sont d’autres caractéristiques utilisées pour décrire un bus. Le bus le plus couramment installé sur les machines actuelles est le bus PCI (Peripheral Components Interconnect), développé par Intel depuis 1993 : ce bus possède un contrôleur spécifique qui alimente le bus d’extension du processeur ; de plus, il permet d’installer plusieurs contrôleurs PCI en cascade, et rend la fréquence du bus indépendante de la fréquence du processeur. Les Macintosh, équipés à l’origine d’un bus Nubus, ont adopté depuis 1996 la norme PCI. Mais d’autres bus commencent à se développer, notamment le bus USB (Universal Serial Bus), qui permet le chaînage d’un nombre important de périphériques, ainsi que le bus Firewire, spécialement conçu pour l’acquisition audio et vidéo, et qui est utilisé dans le monde multimédia.

Le bus système : appelé aussi FSB pour Front Side Bus, c’est le bus qui assure le transport de données entre le processeur et la mémoire vive. Il est généralement cadencé à 800 MHz chez Intel (1066 MHz également) en QDR (quad data Rate, en fait le bus n’est cadencé qu’à 200 MHz et 266 MHz pour 800 MHz QDR et 1066 MHz QDR). Chez AMD le FSB monte à 400 MHz DDR (200 MHz réels).
Le bus série : c’est le bus que tous les PC possèdent, celui qui débouche sur le port servant à brancher une souris ou un modem, ou encore certains périphériques de jeux. Ses défauts sont sa lenteur extrême car les données ne sont envoyées que bit par bit ( 0 ou 1 ).
Le bus parallèle : c’est le bus qui communique avec le port parallèle, qui sert à brancher l’imprimante, le scanner, des graveurs externes, etc… Il est 8 fois plus rapide que le port série ( les informations sont transmises par tranche de 8 bit en parallèle, soit 1 octet à la fois), mais toujours lent si on le compare aux bus USB et FIREWIRE.
Le bus USB (Universal Serial Bus ) : il est largement plus rapide que le bus parallèle et peut aller à la vitesse de 1.5 Mo par seconde pour l’USB 1.1. L’USB 2.0 peut quant à lui monter à 60 Mo par seconde ! Il est relié au port USB qui sert à brancher presque tous les périphériques du marché : webcams, modems, imprimantes, scanners, manettes de jeu… Son avantage est de pouvoir en théorie brancher 127 périphériques !
Le bus FIREWIRE : il permet de brancher 63 périphériques et offre des caractéristiques semblables à l’USB, en beaucoup plus performant : le bus FIREWIRE permet d’atteindre de 25 à 100 Mo par seconde ! Ses défauts sont que les périphériques qui se branchent sur ce type de port sont rares (et chers).
Le bus ISA (industry standard architecture ) : c’est le bus archaïque du PC avec le port série ! il fonctionne en 8 bit ( 1 octet ) pour les ordinateurs anciens, ou 16 bit pour les ordinateurs récents disposant encore de ce type de bus. Son taux de transfert est d’environ 8 Mo par seconde pour le 8 bit et 16 Mo par seconde pour le 16 bit.
Le bus PCI (peripheral component interconnect) : c’est le bus qui tend à être remplacé avec l’AGP par le bus PCI Express.
Le bus AGP (accelerated graphic port) : Il est apparu avec le pentium II en 1997. Il permet de traiter 32 bit à la fois et à une fréquence de bus de 66 MHz. Ses qualités sont sa rapidité (500 Mo par seconde pour le 2 X et 1 Go pour le 4 X, et maintenant 2 Go par seconde pour le 8x). Il communique avec le port AGP.
Le bus PCI Express : allant de 250 Mo/s à 4 Go/s via ses nombreuses déclinaisons (1X, 2X, 4X, 8X, 16X) il va remplacer à terme les bus PCI et AGP.

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Olivier

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