Les cartes vidéos

Un ordinateur est composé de plusieurs modules ayant chacun des fonctions bien définies.
Globalement, un ordinateur se compose d’une unité centrale et de plusieurs périphériques
indispensables : l’écran, le clavier, la souris …
L’unité centrale est elle-même composé de différents modules, liés entre eux et travaillant
ensemble afin de faire fonctionner l’ordinateur.
La carte mère est le composant principal de l’unité centrale. C’est sur celle-ci que viennent se
greffer les autres composants. Dans celle-ci, on distingue :
Le microprocesseur :
Le processeur (CPU : Central Processing Unit) est un circuit électronique cadencé au rythme
d'une horloge interne, c'est-à-dire un élément qui envoie des impulsions ou battements (que
l'on appelle top). A chaque top d'horloge les éléments de l'ordinateur accomplissent une
action. La vitesse de cette horloge (le nombre de battements par secondes) s'exprime en
Mégahertz (1Mhz = 1 000 000 Hz) et maintenant en gigahertz (1 Ghz=1 000 000 000 Hz) ;
ainsi un ordinateur cadencé à 1 Gigahz a une horloge envoyant 1 000 000 000 de battements
par seconde (un cristal de quartz soumis à un courant électrique permet d'envoyer des
impulsions à une fréquence précise).
A chaque top d'horloge (pour les instructions simples) le processeur
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lit l'instruction à exécuter en mémoire
effectue l'instruction
passe à l'instruction suivante
Le processeur est en fait constitué
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d'une unité de commande qui lit les instructions et les décode
d'une unité de traitement (UAL - unité arithmétique et logique) qui exécute les
instructions.
Toutes ces opérations sont des informations numériques.
Les processeurs utilisent de petits transistors pour faire des opérations de base ; il y en a
plusieurs millions sur un seul processeur.
Le processeur travaille en fait grâce à un nombre très limité de fonctions (ET logique, OU
logique, addition...) ; celles-ci sont directement câblées sur les circuits électroniques. Il est
impossible de mettre toutes les instructions sur un processeur car celui-ci est limité par la
taille de la gravure ; ainsi pour mettre plus d'instructions il faudrait un processeur ayant une
très grande surface. Or le processeur est constitué de silicium et le silicium coûte cher ; d'autre
part il chauffe beaucoup. Le processeur traite donc les informations compliquées à l'aide
d'instructions simples.
A quoi ressemble une instruction?
Les instructions (opérations que le processeur doit accomplir) sont stockées dans la mémoire
principale. Une instruction est composée de deux champs :
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le code opération : c'est l'action que le processeur doit accomplir
le code opérande : c'est les paramètres de l'action. Le code opérande dépend de
l'opération, cela peut être une donnée ou bien une adresse d'un emplacement mémoire
Une instruction peut être codée sur un nombre d'octets variant de 1 à 4 suivant le type de
données.
Les registres
Lorsque le processeur traite des donnés (lorsqu'il exécute des instructions) le processeur
stocke temporairement les données dans de petites mémoires de 8, 16 ou 32Ko (qui ont
l'avantage d'être très rapides) que l'on appelle registres. Suivant le type de processeur le
nombre de registres peut varier entre une dizaine et plusieurs centaines.
Les registres les plus importants sont :
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le registre d'état : il permet de stocker les indicateurs
le registre accumulateur : il contient l'instruction en cours de traitement
le compteur ordinal : il contient l'adresse de la prochaine instruction à traiter
le registre tampon : il permet de stocker temporairement une donnée provenant de la
mémoire
La mémoire cache
La mémoire cache permet au processeur de se "rappeler" les opérations déjà effectuées
auparavant. En effet, elle stocke les opérations effectuées par le processeur, pour qu'il ne
perde pas de temps à recalculer des choses qu'il a déjà faites précédemment. La taille de la
mémoire cache est généralement de l'ordre de 512 Ko.
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La mémoire vive
La mémoire vive, appelée aussi "mémoire centrale" ou "mémoire de travail" ou RAM
(Random Access Memory) permet de stocker des informations pendant tout le temps de
fonctionnement de l'ordinateur (elle contient notamment le système d'exploitation, le(s)
logiciel(s) et le(s) document(s) en cours de traitement). Par contre elle est détruite dès lors
qu'il est éteint, contrairement à une mémoire de stockage (ou mémoire de masse) comme celle
du disque dur qui garde les informations même lorsqu'il est hors tension.
Sur les machines actuelles, la taille de la RAM est de plus en plus importante (128 ou 256
Mo, et même plus). Sur les PC des années 80, la RAM ne dépassait pas le Mega-octet.
La mémoire vive se présente sous forme de barrettes qu'on implante sur la carte mère de
l'ordinateur. On peut augmenter la mémoire vive d'un ordinateur en rajoutant des barrettes de
RAM, de capacité variable.
Le prix de la RAM est très variable et subit les fluctuations du marché.
Le temps d'accès à la mémoire vive est extrêmement rapide (de l'ordre de quelques dizaines
de nanosecondes) et varie en fonction de la fréquence que supportent les barrettes : plus la
fréquence est élevée, plus la mémoire sera rapide. La DDRAM remplace peu à peu la
SDRAM, dont l'architecture date de maintenant 4 ans. Elle est encore réservée aux
processeurs haut de gamme de chez AMD ou INTEL (1 GHz et plus). Ses performances sont
deux fois plus rapides que celles de la SDRAM PC 133.
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Les slots d'extension
Les slots d'extension sont des réceptacles dans
lesquels on peut enficher des cartes. Il en existe trois
sortes : les cartes ISA (les plus lentes fonctionnant en
16-bit), les cartes PCI (beaucoup plus rapides
fonctionnant en 32-bit), et les cartes AGP (les plus
rapides).
Les disques durs, CD-ROM et lecteurs de disquettes
se branchent, grâce à des nappes, sur les broches prévues à cet effet sur la carte mère.
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Le lecteur de disquette se branche sur l'emplacement noté FDC ("Floppy Disk
controller" traduisez "Contrôleur de disquette")
Les disques durs IDE, CD-ROM IDE se branchent par l'intermédiaire d'une nappe sur
les emplacements notés IDE1 et IDE2
En revanche, des ports spécifiques ont été prévus pour le branchement des périphériques
externes :
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les ports série, appelés aussi ports de communication, qui se branchent sur les
emplacements notés COM1, COM2 (parfois COM3...), sont utilisés pour le modem et
de nombreux autres périphériques (souris). La transmission se fait bit par bit.
le port parallèle, prévu notamment pour brancher une imprimante (emplacement noté
LPT) ou tout autre périphérique de type parallèle (scanner). La transmission se fait
octet par octet et est plus rapide que le port série
Outre ces deux ports très anciens, il existe des ports plus récents qui permettent un transfert
des données beaucoup plus rapide :
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le port SCSI (Small Computer System Interface), pour la connexion en chaîne de
périphériques de tout type. Il est caractérisé par un débit rapide, de 20 à 80 Mo/sec.
le port USB (Universal Serial Bus) est une nouvelle norme destinée à brancher des
périphériques lents. Le débit de 1,5 Mo/sec. devrait évoluer en 8 Mo/sec. avec
l’USB2.
le port firewire, est identique à l’USB, mais atteindra des débits élevés identiques à
ceux du SCSI.
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Le BIOS
Tous les PC utilisent un BIOS ("Basic Input/Output System" traduisez "Système
d'entrées/sorties basique") pour permettre le contrôle du matériel.
C'est un composant essentiel de votre ordinateur, il s'agit d'un petit logiciel dont une partie est
dans une mémoire morte (ROM) que vous ne pouvez donc pas modifier), et une autre partie
est dans un EPROM (ROM que l'on peut modifier par impulsions électriques, d'où le terme
flasher lorsque vous la modifiez).
Lorsque le système est mis sous-tension ou réamorcé (Reset), le CPU est lui aussi réamorcé et
le BIOS va effectuer un certain nombre d'opérations :
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Faire le test du CPU
Vérifier le BIOS
Initialiser le timer (l'horloge interne)
Vérifier la mémoire vive et la mémoire cache
Vérifier toutes les configurations (clavier, disquettes, disques durs ...)
Etc.
La plupart des BIOS ont un "setup" (programme de configuration) qui permet de modifier la
configuration basique du système. Ce type d'information est stockée dans une RAM autoalimentée afin que l'information soit conservée même lorsque le système est hors tension
(nous avons vu que la mémoire vive était réinitialisée à chaque redémarrage).
Lorsque le système est mis sous tension, le BIOS affiche un message de copyright à l'écran,
puis il effectue les tests de diagnostics et d'initialisation. Lorsque tous les tests ont été
effectués, le BIOS affiche un message du genre :
"TO ENTER SETUP BEFORE BOOT PRESS CTRL-ALT-ESC OR DEL KEY"
qui signifie "PRESSEZ "CTRL-ALT-ESC" ou la touche "Suppr" pour entrer dans le
"SETUP" avant le démarrage du PC"
Lorsque vous appuyez sur la touche "Suppr" au démarrage de l'ordinateur, vous tombez sur un
écran ressemblant à peu de chose près à ceci :
LES PERIPHERIQUES INTERNES
Sur un PC on peut connecter des périphériques internes. Les périphériques internes sont
connectés à l'intérieur du PC, c'est-à-dire sur les ports AGP, PCI, ou ISA de la carte mère Il
s'agit principalement :
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de la carte vidéo (indispensable) qui permet de fournir l'image au moniteur
de la carte son qui permet d'avoir le son sur le PC
d'un modem interne
de la carte réseau (qui permet d'interconnecter plusieurs ordinateurs)
de cartes TV, Capture d'image, Radio ...
Les cartes vidéos
Les cartes accélératrices 2D
Les cartes 2D n'ont pas changé de principe depuis leur création. Chaque puce possède de
nombreux circuits qui permettent d'exécuter de nombreuses fonctions :
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déplacement des blocs (curseur de la souris par exemple)
tracé de lignes
tracé de polygones
Ainsi, les performances des cartes 2D n'évoluent plus depuis quelques temps.
Leurs performances sont tributaires du type de mémoire utilisée sur la carte. Les mémoires
SGRAM ou WRAM, mémoires vidéo spécifiques à 10 ns, donnent des résultats bien
meilleurs que la mémoire EDO (60 ns).
Les cartes accélératrices 3D
Le domaine de la 3D est beaucoup plus récent, donc plus porteur. On arrive à des puissances
de calculs sur PC supérieures à celles de certaines stations de travail.
LE DISQUE DUR (périphérique d'entrée-sortie)
Ce périphérique d'entrée-sortie se trouve à l'intérieur du boîtier. Le disque dur est l'organe du
PC servant à conserver les données de manière permanente, contrairement à la RAM, qui
s'efface à chaque redémarrage de l'ordinateur. (cf. supra)
Il a été inventé au début des années 50 par IBM. Sa capacité ne cesse d’augmenter. On atteint
aujourd’hui facilement le téraoctet (1024 go).
Tous ces composants sont reliés entre eux grace aux « bus ». Ce sont des ensembles de
liaisons physiques (cables, pistes de circuits imprimés, etc…) pouvant être exploités en
commun par plusioeurs éléments afin de communiquer.
Ils ont pour but de réduire le nombre de voies nécessaires à la communication des différents
composants, en mutualisant les communications sur une seule voie de données. Dans le cas ou
la ligne sert uniquement à la communication de deux composants matériels, on parle de port
matériel (série, parallèle, etc.)
Un bus est caractérisé par le volume d'informations transmises simultanément. Ce volume,
exprimé en bits, correspond au nombre de lignes physiques sur lesquelles les données sont
envoyées de manière simultanée. Une nappe de 32 fils permet ainsi de transmettre 32 bits en
parallèle. On parle ainsi de « largeur » pour désigner le nombre de bits qu'un bus peut
transmettre simultanément.
D'autre part, la vitesse du bus est également définie par sa fréquence (exprimée en Hertz),
c'est-à-dire le nombre de paquets de données envoyés ou reçus par seconde. On parle de cycle
pour désigner chaque envoi ou réception de données.
De cette façon, il est possible de connaître le débit maximal du bus (ou taux de transfert
maximal), c'est-à-dire la quantité de données qu'il peut transporter par unité de temps, en
multipliant sa largeur par sa fréquence
Sous ensembles de bus :
En réalité chaque bus est généralement constitué de 50 à 100 lignes physiques distinctes,
classées en trois sous-ensembles fonctionnels :
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Le bus d'adresses (appelé parfois bus d'adressage ou bus mémoire) transporte les
adresses mémoire auxquelles le processeur souhaite accéder pour lire ou écrire une
donnée. Il s'agit d'un bus unidirectionnel.
Le bus de données véhicule les instructions en provenance ou à destination du
processeur. Il s'agit d'un bus bidirectionnel.
Le bus de contrôle (parfois bus de commandes) transporte les ordres et les signaux de
synchronisation en provenance de l’unité de commande et à destination de l'ensemble
des composants matériels. Il s'agit d'un bus directionnel dans la mesure où il transmet
également les signaux de réponse des éléments matériels.
Les principaux bus :
On distingue généralement sur un ordinateur deux principaux bus :
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le bus système (appelé aussi bus interne, en anglais internal bus ou front-side bus,
noté FSB). Le bus système permet au processeur de communiquer avec la mémoire
centrale du système (mémoire vive ou RAM).
le bus d'extension (parfois appelé bus d'entrée/sortie) permet aux divers composants
de la carte-mère (USB, série, parallèle, cartes branchées sur les connecteurs PCI,
disques durs, lecteurs et graveurs de CD-ROM, etc.) de communiquer entre eux mais
il permet surtout l'ajout de nouveaux périphériques grâce aux connecteurs d'extension
(appelés slots) connectés sur le bus d'entrées-sorties.
Le chipset :
On appelle chipset (en français jeu de composants) l'élément chargé d'aiguiller les
informations entre les différents bus de l'ordinateur afin de permettre à tous les éléments
constitutifs de l'ordinateur de communiquer entre eux. Le chipset était originalement composé
d'un grand nombre de composants électroniques, ce qui explique son nom. Il est généralement
composé de deux éléments :
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Le NorthBridge (Pont Nord ou Northern Bridge, appelé également contrôleur
mémoire) est chargé de contrôler les échanges entre le processeur et la mémoire vive,
c'est la raison pour laquelle il est situé géographiquement proche du processeur. Il est
parfois appelé GMCH, pour Graphic and Memory Controller Hub.
Le SouthBridge (Pont Sud ou Southern Bridge, appelé également contrôleur
d'entrée-sortie ou contrôleur d'extension) gère les communications avec les
périphériques d'entrée-sortie. Le pont sud est également appelé ICH (I/O Controlle