architecture et fonctionnement d`une carte mere

ORAL PROBATOIRE
OPTION SYSTEMES D’INFORMATION
ARCHITECTURE ET FONCTIONNEMENT
D’UNE CARTE MERE POUR PC
PETITGAND Gérald Session 2004

Architecture et fonctionnement d’une carte mère pour PC
Petitgand Gérald Oral probatoire système d’information 2/30
Sommaire
Introduction _________________________________________________________________ 3
1. Architecture d’une carte mère _______________________________________________ 4
1.1. L'évolution de la micro-informatique __________________________________________ 4
1.2. Le modèle d’architecture_____________________________________________________ 5
1.3. Structure d'un ordinateur____________________________________________________ 9
1.4. Les processeurs_____________________________________________________________ 9
2. Fonctionnement d’une carte mère pour PC ____________________________________ 9
2.1. Principe de fonctionnement___________________________________________________ 9
2.2. Fonctionnement de l'unité centrale ____________________________________________ 9
2.3. Exécution d'un programme___________________________________________________ 9
2.4. La carte mère et ses composants_______________________________________________ 9
2.5. Fonctionnement de la carte mère ______________________________________________ 9
3. Le futur _________________________________________________________________ 9
3.1. Les constructeurs de cartes mères _____________________________________________ 9
3.2. Les nouvelles technologies dans la carte mère____________________________________ 9
3.3. Futur proche_______________________________________________________________ 9
3.4. Les tendances ______________________________________________________________ 9
Au final _____________________________________________________________________ 9
Glossaire ____________________________________________________________________ 9
Bibliographie ________________________________________________________________ 9

Architecture et fonctionnement d’une carte mère pour PC
Petitgand Gérald Oral probatoire système d’information 3/30
Introduction
Mon probatoire a pour sujet l’architecture et le fonctionnement d’une carte mère
pour « Personnal Computer » ou PC.
L’architecture des machines en informatique a été modelée par l’esprit des hommes. Les
« PC » que nous connaissons aujourd’hui, ont suivi un cheminement intimement lié à l’histoire
et aux besoins des hommes.
Le PC appartient à la catégorie qu’on appelle la micro-informatique. C’était la plus petite
catégorie d’ordinateur par rapport au mini-ordinateur, serveur et autre mainframe. Dans tous les
cas, l’intérieur des PC renferme une carte mère.
Ce concept de « Personnal Computer » a été créé par IBM au début des années 80. IBM
n’avait pas imaginé les potentialités de ce type de petit ordinateur. La micro-informatique1 était
née. Philippe Dreyfus a créé le terme « informatique » en 1962 par la réunion des deux termes
information et automatique. C’est la science qui traite automatiquement l'information. Il existe
deux types d’information, à savoir les informations analogiques et numériques. L'information
analogique a comme support un signal continu ou une oscillation dans une ligne électrique.
Quant à l’information numérique, celle-ci désigne l'information codée de façon symbolique par
des chiffres.
A l’heure actuelle nous assistons à une mutation du marché de la micro-informatique. Il y
a une séparation distincte entre le PC de bureautique que nous utilisons au quotidien au travail
et le PC personnel de notre domicile. Le PC personnel rentre en concurrence avec le PC
portable qui offre les mêmes fonctionnalités et un coût tout à fait abordable.
De ce fait, le marché devient incertain pour le PC personnel concurrent de nouvelles
technologies tel que le Portable, le Pocket PC ou la tablette PC. L’architecture et le
fonctionnement de tous ces appareils reposent toujours sur le même système de traitement. Je
me focaliserai uniquement sur les cartes mères de PC dites « standard » présentes dans nos
PC personnel qui offrent un certain nombre de possibilités.
Avant d’aborder la partie physique de l’architecture d’une carte mère, je vous présenterai
brièvement les grandes étapes de l’évolution des machines informatiques jusqu’à la micro-
informatique que nous utilisons au quotidien. Dans la première partie, je traiterai de l’évolution
de l’informatique et je vous citerai quelques événements décisifs. Ensuite je vous exposerai le
modèle de base sur lequel tous les systèmes s’appuient depuis plus de cinquante ans.
Dans une seconde partie, je vous éclairerai sur son fonctionnement en abordant tout
d’abord le fonctionnement de l’unité centrale, puis les composants indispensables d’une carte
mère. Pour chacun des éléments, je vous indiquerai leurs rôles et leurs fonctionnements au sein
de cette dernière. Ainsi pour mieux interpréter son fonctionnement global, nous verrons la carte
mère dans ses détails.
Pour finir, on s’orientera vers le futur avec un aperçu de toutes les nouvelles
technologies que renfermeront les futures générations de cartes mères et les tendances à venir
pour le marché du PC sous toutes ses formes.
1 Voir glossaire

Architecture et fonctionnement d’une carte mère pour PC
Petitgand Gérald Oral probatoire système d’information 4/30
1. Architecture d’une carte mère
Le mot « architecture » vient du latin architectura, signifiant art de construire. Il s’agit du
produit de l'art de l'architecte qui imagine et conçoit un arrangement ordonné et structuré des
composants.
Les ordinateurs traitent des informations digitales codées en base 2 (binaire). Le
message transmis est alors constitué par des successions (ou paquets) de chiffres, sous forme
de signaux binaires.
La théorie de l'information développée par Claude Shannon en 1948, fournit une mesure
de quantité d'information. Son unité est le "le bit" (Binary digIT ; digit = nombre, d'où digitaliser =
numériser).
Le Bit est la quantité d'information contenue dans le choix élémentaire entre deux
possibilités 0 ou 1, comme c’est le cas du lancé d'une pièce de monnaie pour obtenir pile ou
face.
La carte mère est la carte principale du PC, c’est l’élément prépondérant de l’ordinateur.
En effet, un ordinateur sans carte son ou carte réseau pourra toujours fonctionner.
Dans cette première partie nous allons traiter de l’évolution de l’informatique puis du
modèle d’architecture et de ses composants d’où elle tire son fonctionnement. Pour finir nous
aborderons deux points importants que sont la structure d’un ordinateur et les différents types
de processeurs qui y sont intégrés.
1.1. L'évolution de la micro-informatique
Certains classent l'informatique dans les « Nouvelles Technologies » alors qu’elle est
née lors de la deuxième guerre mondiale, il y a plus d'un demi-siècle !
Avant d’aborder l’architecture d’une carte mère, nous allons retourné aux origines de
l’informatique et nous allons souligner quelques étapes importantes de son évolution.
1.1.1. Les origines
A ces débuts, il s'agissait d'énormes ensembles qui, comme les postes de radio de
l'époque, utilisaient des lampes électroniques. La vraie révolution fut la mise au point du
transistor, base de l'électronique moderne, qui permettait un gain de place considérable tout en
ne demandant que très peu de puissance électrique. D'abord à base de Germanium, le
transistor avait un gros défaut : il ne supportait pas la chaleur. Au dessus de 40°, il cessait de
fonctionner. Cet inconvénient majeur disparut avec l’avènement du Silicium (Silicon en Anglais).
C'est grâce à ce matériau que l'informatique a pu se développer dans les domaines autres que
le militaire.
1.1.2. Les progrès
Progressivement la situation a évolué ; les ordinateurs étaient de plus en plus puissants
et plus performants. La location des matériels, proposée en particulier par IBM, était la pratique
la plus courante. Elle permettait de changer d'ordinateur au fur et à mesure des besoins, sans
investissement. Certaines écoles d'ingénieurs dispensaient des cours d'initiation et de formation
à l'informatique ; des écoles spécialisées dans la formation d'analystes et de programmeurs,
virent le jour. Dans les entreprises, les utilisateurs ont été associés à la mise au point de projets
qui prenaient place dans des plans à court, moyen et long terme. Ils étaient invités à faire
connaître leurs besoins. Très vite le résultat en fut que les plans s'étalaient sur des périodes de
plus en plus longues, de quoi décourager ceux qui avaient compris tout l'intérêt du traitement de

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l'information ! Par ailleurs, naquit dans les années 1970 le besoin d’obtenir les résultats très
rapidement et même faire du traitement "en temps réel".
1.1.3. Les circuits intégrés
Un circuit intégré (integrated circuit, ou IC, en anglais) est un composant qui renferme
(qui "intègre") dans un unique petit boîtier, un nombre important de composants, notamment
des transistors. Un processeur, par exemple, en intègre plusieurs millions. La fabrication
industrielle des circuits intégrés constitue la seconde grande étape de cette évolution. Cette
technologie va permettre d'une part, de réduire considérablement la taille des ensembles
électroniques, et d'autre part, de concevoir des circuits plus complexes. Ainsi apparaissent sur
le marché les premiers microprocesseurs. Pendant cette même période, le support magnétique
va connaître des progrès importants qui, alliés aux progrès de la mécanique de haute précision,
permettent la conception de cartes magnétiques, de tambours, de disques souples et enfin de
disques durs. Ces deux éléments vont permettre la conception des premiers micro-ordinateurs
qui virent le jour à la fin des années 1970, début des années 1980. La fabrication des premiers
micro-ordinateurs construits autour d'un processeur Motorola 6800 remonte à cette période.
1.1.4. IBM s'en mêle
Les années 80 voient l'évolution de ces curieuses petites machines. Il faut préciser que
les constructeurs, nombreux au départ, ne savent pas très bien à quelle clientèle ils destinent
leurs produits. C'est d'abord au grand public qu'ils s'adressent pour se rendre compte très vite
que ce marché est très restreint. Sous l'impulsion d'Apple, ils se tournent vers les entreprises.
IBM qui n'avait pas cru aux possibilités de ces petits ordinateurs, prend alors conscience de son
retard et élabore un projet pour lequel elle n'a pas ni le temps de concevoir et produire un
processeur, ni de mettre au point un système d'exploitation. Elle se tourne vers Intel pour la
production du microprocesseur et passe un accord avec une toute jeune société, Microsoft, pour
le système d'exploitation. C'est ainsi qu'est apparu sur le marché un produit qui, faute de mieux,
est appelé « Personnal Computeur » ou « PC ». Mais cet ordinateur n'est pas protégé par des
brevets. De nombreuses sociétés vont s'engouffrer dans la brèche et produire des machines
"compatibles PC". Le grand public, qui est informé du développement rapide du micro-
ordinateur en entreprise, se tourne vers d'autres réalisations, à priori, plus ludiques mais qui
sont en fait capables de traiter avec facilité une grande variété d'applications.
1.1.5. Aujourd'hui
Les années 90 ont été marquées par la suprématie grandissante de l'ensemble des
compatibles PC et la disparition progressive des autres marques exception faite d'Apple qui
réussit un rétablissement spectaculaire malgré une part de marché qui a beaucoup diminuée. Il
faut souligner, pour cette décade, les progrès considérables des technologies des processeurs
pour cartes graphiques. En effet, il y a maintenant quasiment autant de transistors dans un
processeur graphique que dans un processeur d’unité centrale2 !
1.2. Le modèle d’architecture
L’architecture de base des ordinateurs est issue d’un modèle qui a été amélioré mais qui
n’a pas pour autant subie de refonte complète.
2 Voir glossaire