Déchirer des choses est un passe-temps pour certains. Vous voyez la coque extérieure et imaginez les engrenages tournant à l’intérieur. Mais il existe une énorme différence entre ouvrir un appareil et le maintenir fonctionnel. Même si vous parvenez à réassembler correctement chaque vis et câble ruban, la machine risque de ne pas démarrer. Certains systèmes sont fragiles. Certains sont dangereux à mal manipuler. Pour les appareils électroniques complexes comme un ordinateur, confier la déconstruction à des techniciens certifiés est généralement la solution la plus judicieuse.
Cela dit, la curiosité est difficile à tuer. Nous voulons savoir ce qui alimente les box que nous utilisons au quotidien. Pour répondre à cette question, nous avons pris un ordinateur portable IBM standard et l’avons démonté pièce par pièce. Ce modèle spécifique a été choisi car il représente la norme de l’industrie. Il contient tous les composants de base de la plupart des ordinateurs personnels, mais il le fait dans une disposition beaucoup plus étroite et compacte que ses homologues plus grands.
Il est facile de supposer que les ordinateurs portables et les ordinateurs de bureau sont des bêtes fondamentalement différentes. Ce n’est pas le cas. Les composants internes sont en grande partie identiques. Une carte mère d’ordinateur de bureau fonctionne selon la même logique que celle d’un ordinateur portable. La différence réside dans l’emballage. Les ordinateurs de bureau ont de la place pour respirer. Ils utilisent des cartes de taille standard qui s’insèrent dans les ports d’extension. Les ordinateurs portables intègrent ces mêmes fonctions dans des modules soudés plus petits. Vous échangez rarement la RAM ou la carte de stockage d’un ordinateur portable avec la même facilité qu’une tour de bureau.
Pour comprendre le fonctionnement d’un PC, il faut diviser l’anatomie en deux groupes distincts. Il y a les cerveaux. Ce sont les processeurs et les contrôleurs qui gèrent les données. Ensuite, il y a les tripes. Il s’agit des blocs d’alimentation, des disques de stockage et des ventilateurs de refroidissement qui maintiennent le système en vie mais ne calculent pas directement les informations.
Nous commençons par le cerveau. C’est là que la véritable magie opère. Rejoignez-nous pour plonger dans le cœur de traitement de l’ordinateur.
Le cerveau informatique
La carte mère n’est pas qu’une simple carte. C’est le fondement littéral. Ce grand circuit imprimé fait office de système nerveux central, fournissant les prises et les connexions permettant aux composants disparates de communiquer entre eux. La forme compte ici. Une carte mère d’ordinateur portable ne ressemble en rien à une carte mère d’ordinateur de bureau. La taille et la disposition sont dictées par les contraintes d’espace.
Au centre de tout cela se trouve l’unité centrale de traitement (CPU ). Considérez-le comme le cerveau. Ce microprocesseur contient des millions de minuscules transistors. Son travail est simple mais lourd : effectuer les calculs qui font fonctionner les logiciels. Les transistors manipulent les données. Le CPU prend les décisions. Sans cela, rien ne se passe.
La mémoire est tout aussi critique. Les ordinateurs s’appuient sur deux types principaux : la mémoire en lecture seule (ROM ) et la mémoire vive (RAM ). La ROM est statique. Vous pouvez y lire, mais vous ne pouvez pas y écrire de nouvelles données. La RAM est différente. Il permet à la fois de lire et d’écrire. Pourquoi cette distinction est-elle importante ? Car sans mémoire, chaque calcul serait apatride. Il n’existe aucun moyen de conserver les informations d’un instant à l’autre. Chaque processus démarrerait sur une table rase. Vous ne pouvez pas créer de programmes complexes à partir de zéro.
L’évolutivité varie énormément. De nombreux ordinateurs de bureau vous permettent de brancher des puces RAM supplémentaires dans les sockets de la carte mère. Vous ouvrez le dossier. Vous installez la mémoire. Vous avez terminé. Les autres systèmes sont scellés. Vous n’êtes pas censé les ouvrir. Vous êtes coincé avec ce qui est contenu dans la boîte.
Ensuite, il y a le Système d’entrée/sortie de base (BIOS ). Il s’agit d’un type spécifique de ROM qui fonctionne en étroite collaboration avec le processeur. Si le processeur est le cerveau, le BIOS est la colonne vertébrale. Il gère l’interaction entre les composants logiciels et matériels en cours d’exécution. Cela comble le fossé.
La carte mère, le processeur, la ROM, la RAM et le BIOS font le gros du travail. Ils allouent des ressources aux applications. Ils assurent le bon fonctionnement. Ils acceptent les entrées des claviers, souris et autres accessoires. Ils gèrent le flux.
Mais il y a plus dans l’histoire.
Décharger les graphiques lourds
Les cartes graphiques sont souvent regroupées dans la catégorie des « tripes ». Ils méritent leur propre attention. Beaucoup de ces cartes sont équipées de leurs propres microprocesseurs dédiés : l’unité de traitement graphique (GPU ).
Pourquoi avons-nous besoin d’un processeur séparé pour les graphiques ? Parce que générer des visuels riches et complexes coûte cher en termes de calcul. Le GPU gère une partie de cette puissance de traitement. Cela soulage le processeur. Cette séparation permet au processeur principal de se concentrer sur la logique du jeu, la physique ou le code d’application tandis que le GPU restitue ce que vous voyez à l’écran.
C’est une division du travail. Le CPU pense. Le GPU dessine. La carte mère les connecte. La mémoire contient les données. Le BIOS démarre tout.
D’autres composants attendent dans les coulisses. Disques de stockage. Alimentations. Systèmes de refroidissement. Entrons dans les entrailles de l’ordinateur dans la section suivante.
Alimenter la machine
Brancher votre ordinateur au mur fait plus que simplement garder les lumières allumées. Il envoie l’électricité via un cordon dans un boîtier blindé abritant une alimentation. À l’intérieur, un transformateur abaisse la tension brute jusqu’aux niveaux que chaque composant peut réellement gérer. Si vous utilisez un ordinateur portable, une partie de ce jus va directement à la batterie, la chargeant lorsque vous débranchez la prise. Vous travaillez alors avec de l’énergie stockée.
Même lorsque le système est éteint, une petite pile CMOS reste éveillée. Il maintient en vie la puce semi-conductrice à oxyde métallique complémentaire, préservant ainsi les paramètres de votre matériel et garantissant la précision de l’horloge. Vous le savez parce que votre temps ne dérive jamais lorsque vous démarrez des semaines plus tard.
Où résident les données
Les Drives sont les moteurs de stockage. Le cheval de bataille est le disque dur. Les modèles traditionnels font tourner de fins plateaux, en utilisant des champs magnétiques pour contenir vos fichiers. Les machines modernes les échangent souvent contre des disques solid state. Aucune pièce mobile. Juste de la mémoire flash. Les deux vous permettent d’installer des applications et d’enregistrer des documents directement sur la machine.
Vous vous souvenez des lecteurs de disquettes ? Ceux-là sont partis. Il en va de même pour la plupart des lecteurs CD-ROM et DVD-ROM. Ils constituaient autrefois la norme pour le chargement de logiciels et de supports, mais le stockage optique a largement disparu des versions modernes.
Connectivité et sortie
Les Modems comblent le fossé entre votre PC et les autres systèmes. Ils sont étroitement liés aux cartes sans fil, qui agissent comme des émetteurs-récepteurs radio. Ces cartes envoient et reçoivent des données sur des fréquences radio spécifiques, vous permettant d’accéder au Wi-Fi sans câble.
Les cartes son et graphiques** gèrent la sortie sensorielle. On joue de l’audio. L’autre affiche des images. Ils ne sont pas interchangeables. Les spécifications d’une carte graphique dictent les formats de logiciels qu’elle peut décoder ou restituer. Toutes les cartes ne prennent pas en charge les mêmes codecs. Choisissez le mauvais et votre lecteur multimédia pourrait bégayer.
Le problème de la chaleur et comment nous le résolvons
A l’intérieur du boîtier, la lutte contre l’entropie est constante. Les systèmes de refroidissement constituent la première ligne de défense, généralement composée de dissipateurs thermiques et de ventilateurs. Sans eux, la surchauffe n’est pas seulement un inconvénient ; c’est un échec systémique qui attend de se produire. Les performances se dégradent en premier. Ensuite, le système plante.
Les dissipateurs thermiques sont des structures métalliques passives conçues pour absorber l’énergie thermique et l’éloigner des composants critiques comme le processeur. Les ventilateurs fournissent le mécanisme actif permettant d’évacuer la chaleur emprisonnée dans la pièce. C’est un échange simple : prenez la chaleur, évacuez-la.
Pour les constructions hautes performances, le refroidissement par air n’est pas toujours suffisant. Certains systèmes optent pour des systèmes de refroidissement liquide avancés. Une solution de refroidissement par eau utilise des tubes de liquide de refroidissement pour absorber la chaleur plus efficacement que l’air, en l’éloignant des pièces sensibles avant de la vider dans un radiateur ailleurs dans le châssis.
C’est l’anatomie. Vous disposez désormais d’une carte des principaux éléments d’un ordinateur typique. Vous n’avez pas besoin d’ouvrir la boîte et de regarder les circuits pour comprendre ce qui se passe à l’intérieur. Le mystère est parti.
Maintenant vient la tension : est-ce que ça fonctionnera encore une fois que nous l’aurons remonté ?
Sujets connexes
Si vous souhaitez approfondir l’architecture qui alimente votre vie numérique quotidienne, ces domaines méritent d’être explorés :
- Principes de base du matériel : comment fonctionnent les PC, comment construire un ordinateur, comment fonctionnent les cartes mères et comment fonctionnent les alimentations des PC.
- Composants de base : fonctionnement des microprocesseurs, fonctionnement de la mémoire de l’ordinateur, fonctionnement des cartes graphiques et fonctionnement des disques durs.
- Interfaces et contrôleurs : fonctionnement de l’AGP, fonctionnement des contrôleurs IDE, fonctionnement de l’USB et fonctionnement des cartes son.
- Logiciel système : fonctionnement du BIOS et fonctionnement des systèmes d’exploitation.
Sources
- “Le Guide PC.” 17 avril 2001. (Récupéré le 9 septembre 2008) http://www.pcguide.com/
- “Guide technique PC.” (Récupéré le 10 septembre 2008) http://www.pctechguide.com/
- Rosenthal, Morris. “Construire un ordinateur – Un guide illustré étape par étape.” 2008. (Récupéré le 10 septembre 2008) http://www.daileyint.com/build/
- Blanc, Ron. “Comment fonctionnent les ordinateurs.” Société QUÉ. Septembre 1999.
