La Carte Mère (Mainboard ou Motherboard)

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.

Il existe plusieurs façons de caractériser une carte mère, notamment selon les caractéristiques suivantes :

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.

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

Le processeur (aussi appelé microprocesseur) est le cerveau de l’ordinateur. Il exécute les instructions des programmes grâce à un jeu d’instructions. Le processeur est caractérisé par sa fréquence, c’est-à-dire la cadence à laquelle il exécute les instructions. Ainsi, un processeur cadencé à 800 MHz effectuera grossièrement 800 millions d’opérations par seconde.

La carte mère possède un emplacement (parfois plusieurs dans le cas de cartes mères multi-processeurs) pour accueillir le processeur, appelé support de processeur. On distingue deux catégories de supports :

  • Slot (en français fente) : il s’agit d’un connecteur rectangulaire dans lequel on enfiche le processeur verticalement
  • Socket (en français embase) : il s’agit d’un connecteur carré possédant un grand nombre de petits connecteurs sur lequel le processeur vient directement s’enficher

Au sein de ces deux grandes familles, il existe des version différentes du support, selon le type de processeur. Il est essentiel, quel que soit le support, de brancher délicatement le processeur afin de ne tordre aucune de ses broches (il en compte plusieurs centaines). Afin de faciliter son insertion, un support appelé ZIF (Zero Insertion Force, traduisez force d’insertion nulle) a été créé. Les supports ZIF possèdent une petite manette, qui, lorsqu’elle est levée, permet l’insertion du processeur sans aucune pression et, lorsqu’elle est rabaissée, maintient le processeur sur son support.

Le processeur possède généralement un détrompeur, matérialisé par un coin tronqué ou une marque de couleur, devant être aligné avec la marque correspondante sur le support.

Dans la mesure où le processeur rayonne thermiquement, il est nécessaire d’en dissiper la chaleur pour éviter que ses circuits ne fondent. C’est la raison pour laquelle il est généralement surmonté d’un dissipateur thermique (appelé parfois refroidisseur ou radiateur), composé d’un métal ayant une bonne conduction thermique (cuivre ou aluminium), chargé d’augmenter la surface d’échange thermique du microprocesseur. Le dissipateur thermique comporte une base en contact avec le processeur et des ailettes afin d’augmenter la surface d’échange thermique. Un ventilateur accompagne généralement le dissipateur pour améliorer la circulation de l’air autour du dissipateur et améliorer l’échange de chaleur. Le terme « ventirad » est ainsi parfois utilisé pour désigner l’ensemble Ventilateur + Radiateur. C’est le ventilateur du boîtier qui est chargé d’extraire l’air chaud du boîtier et permettre à l’air frais provenant de l’extérieur d’y entrer.

Les connecteurs de mémoire vive

La mémoire vive (RAM pour Random Access Memory) permet de stocker des informations pendant tout le temps de fonctionnement de l’ordinateur, son contenu est par contre détruit dès lors que l’ordinateur est éteint ou redémarré, contrairement à une mémoire de masse telle que le disque dur, capable de garder les informations même lorsqu’il est hors tension. On parle de « volatilité » pour désigner ce phénomène.

Pourquoi alors utiliser de la mémoire vive alors que les disques durs reviennent moins chers à capacité égale ? La réponse est que la mémoire vive est extrêmement rapide par comparaison aux périphériques de stockage de masse tels que le disque dur. Elle possède en effet un temps de réponse de l’ordre de quelques dizaines de nanosecondes (environ 70 pour la DRAM, 60 pour la RAM EDO, et 10 pour la SDRAM voire 6 ns sur les SDRam DDR) contre quelques millisecondes pour le disque dur.

La mémoire vive se présente sous la forme de barrettes qui se branchent sur les connecteurs de la carte mère.

Les connecteurs d’extension

Les connecteurs d’extension (en anglais slots) sont des réceptacles dans lesquels il est possible d’insérer des cartes d’extension, c’est-à-dire des cartes offrant de nouvelles fonctionnalités ou de meilleures performances à l’ordinateur. Il existe plusieurs sortes de connecteurs :

  • Connecteur ISA (Industry Standard Architecture) : permettant de connecter des cartes ISA, les plus lentes fonctionnant en 16-bit
  • Connecteur VLB (Vesa Local Bus): Bus servant autrefois à connecter des cartes graphiques
  • Connecteur PCI (Peripheral Component InterConnect) : permettant de connecter des cartes PCI, beaucoup plus rapides que les cartes ISA et fonctionnant en 32-bit
  • Connecteur AGP (Accelerated Graphic Port): un connecteur rapide pour carte graphique.
  • Connecteur PCI Express (Peripheral Component InterConnect Exress) : architecture de bus plus rapide que les bus AGP et PCI.
  • Connecteur AMR (Audio Modem Riser): ce type de connecteur permet de brancher des mini-cartes sur les PC en étant équipés

 

Les connecteurs d’entrée-sortie

La carte mère possède un certain nombre de connecteurs d’entrées-sorties regroupés sur le « panneau arrière ».

La plupart des cartes mères proposent les connecteurs suivants :

  • Port série, permettant de connecter de vieux périphériques ;
  • Port parallèle, permettant notamment de connecter de vieilles imprimantes ;
  • Ports USB (1.1, bas débit, ou 2.0, haut débit), permettant de connecter des périphériques plus récents ;
  • Connecteur RJ45 (appelés LAN ou port ethernet) permettant de connecter l’ordinateur à un réseau. Il correspond à une carte réseau intégrée à la carte mère ;
  • Connecteur VGA (appelé SUB-D15), permettant de connecter un écran. Ce connecteur correspond à la carte graphique intégrée ;
  • Prises audio (entrée Line-In, sortie Line-Out et microphone), permettant de connecter des enceintes acoustiques ou une chaîne hi fi, ainsi qu’un microphone. Ce connecteur correspond à la carte son intégrée.
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