L`architecture d`un PC

I - L’ARCHITECTURE D’UN PC
(DOSSIER 5)
6) Le bus
Dans cette partie, nous avons décrit un certain nombre des composants constituant
un ordinateur. Nous avons montré comment le processeur communique avec le
contrôleur de mémoire cache ou avec la mémoire centrale.
Cependant, nous n'avons rien dit du support employé pour cette communication.
Nous savons que les données sont placées en mémoire à des adresses. Mais par quel
moyen une adresse est-elle envoyée du processeur à la mémoire et comment celle-ci renvoie-t-
elle les données contenues à cette adresse ?
Ces processus mettent en œuvre un des éléments fondamentaux de l'architecture d'un
PC : le bus. Le bus d'un PC est l'élément le plus caractéristique de son architecture. On peut
ajouter des cartes d'extension ou de la mémoire, on peut souvent changer le type de processeur
ou la fréquence de fonctionnement, mais on ne peut pas changer le bus.
a) Qu'est-ce qu'un bus ?
Un bus est simplement un ensemble de lignes électriques permettant la
transmission de signaux entre les différents composants de l'ordinateur.
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Mémoire
Microprocesseur
Mémoire cache
Le contrôleur de bus gère les
accès au bus et évite les conflits
On reconnaît facilement un bus à
ses connecteurs, prévus pour
recevoir des cartes d’extension

Ces lignes comprennent :
- Les lignes de données,
- Les lignes d'adresses,
- Les lignes de contrôle, servant à transmettre les différents signaux nécessaires
au fonctionnement de l'ensemble.
Un bus est caractérisé par le nombre et la disposition de ces lignes. Ainsi, le bus
des premiers PC était un bus 8 bits, car il ne comportait que 8 lignes de données.
Actuellement, il y a des bus 16 et 32 bits
Un bus est également caractérisé par sa fréquence de fonctionnement. De 16 à 33
Mhz pour les 386, 25 à 50 Mhz pour les 486, et de 50 à 100 actuellement pour les Pentium.
b) Le contrôleur de bus
Le fonctionnement du bus est supervisé par un
circuit spécial appelé contrôleur de bus. C'est lui qui
organise l'ensemble des accès en évitant notamment les
conflits qui pourraient survenir.
c) Les connecteurs d'extension
Un bus doit non seulement permettre
aux éléments figurant sur la carte mère de
communiquer entre eux, mais également
d'ajouter des éléments supplémentaires à
l'aide de cartes d'extension.
A cet effet, il comporte un certain
nombre de connecteurs. Ces connecteurs
étant standardisés, on peut reconnaître
immédiatement un bus en les observant. Sur
l'illustration ci-contre, on distingue deux
types de connecteurs :
- Les connecteurs 8 bits, qui sont
compatibles avec ceux des premiers PC.
- Les connecteurs 16 bits, qui sont constitués d'un connecteur 8 bits et d'un
connecteur supplémentaire. Ils sont compatibles avec ceux de l'IBM AT. Tous ces
connecteurs sont de couleur noire.
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d) Les différents types de bus
Il existe des différents types de bus. Pendant plusieurs années le bus ISA a été le
standard des PC.
Surtout pour les applications actuelles, comme le vidéo, il est préférable et parfois
même nécessaire que la communication soit plus rapide. Les nouveaux systèmes de bus sont
notamment développés pour réaliser des vitesses de transfert supérieures. Pour beaucoup
d'applications multimédia il faut que la communication entre le PC et la carte d'affichage est
effectuée plus rapidement, par exemple par un bus local ou PCI. Dans ce cas, il faut employer
une carte d'affichage de bus local ou PCI.
1) Le bus ISA (utilisé actuellement)
Le bus de l'IBM AT,
lui-même dérivé de celui de
l'IBM PC, a été pendant
plusieurs années le standard
des compatibles PC, sous le
nom de bus ISA (Industry
Standard Architecture). Sa
largeur de 16 bits et sa
fréquence de 8 à 12 MHz
correspondaient parfaitement
aux caractéristiques du
microprocesseur Intel 286.
Cette adéquation permettait
d'installer la mémoire
supplémentaire sur une carte
d'extension enfichée dans un
des connecteurs du bus.
L'apparition du 386 conduisit rapidement les constructeurs à envisager le
problème différemment. Ce processeur existait en version SX 16 MHz, qui
s'accommodait relativement bien de l'architecture existante. En revanche, la version
DX à 25, puis à 33 MHz amenait une situation paradoxale.
Alors que le microprocesseur était capable de transmettre à 33 MHz des mots
de 32 bits, le débit effectif était divisé par un facteur variant entre 4 et 8. En effet, il
fallait deux opérations pour transmettre un mot de 32 bits, et ces deux opérations
étaient effectuées à une vitesse nettement inférieure.
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2) Le bus MCA
IBM tenta alors d'imposer un nouveau
standard de bus appelé MCA (Micro
Channel Architecture).
Le bus MCA possède autant
d'avantages que d'inconvénients.
Il s'agit d'un bus 32 bits, mais sa
fréquence est nettement inférieure à celle des
microprocesseurs modernes. Il permet la
prise de contrôle du bus par les cartes
d'extension, autorisant le transfert direct des informations entre les périphériques, sans
surcharger le microprocesseur. Il est ainsi possible de transférer des données du disque
vers la mémoire pendant que le microprocesseur fait autre chose.
En revanche, il est parfaitement incompatible avec le bus ISA. Par ailleurs, et
c'est là le plus rédhibitoire, IBM a décidé de demander à tous les fabricants de PC
compatibles utilisant cette architecture le versement d'une redevance.
3) Le bus EISA
Pour lutter contre la tentative
hégémonique d'IBM, plusieurs
constructeurs se regroupèrent pour
créer et promouvoir un nouveau
standard, le bus EISA (Extended
Industry Standard Architecture).
Le bus EISA a une largeur de 32
bits et une fréquence de 20 MHz.
Il autorise la prise de contrôle
par les périphériques. De plus, il est
compatible avec toutes les cartes
d'extension ISA.
Ce bus n'a pas connu le
développement espéré en raison de
son coût (dû essentiellement à sa faible diffusion) et de sa fréquence limitée. En effet,
il est extrêmement pénalisant de devoir installer une extension mémoire sur un bus
fonctionnant à 20 MHz alors que le processeur est capable de communiquer à 33 MHz.
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4) Le bus local
Pour améliorer la vitesse des
échanges entre le processeur et la
mémoire, la solution adoptée consista à
installer un bus local entre ces deux
éléments.
Ce bus pouvait fonctionner à la
vitesse du microprocesseur sans nécessiter
une électronique coûteuse, en raison de sa
faible longueur et du fait qu'aucun autre
périphérique n'y était relié.
5) Le bus VESA
La présence d'un bus local
donna rapidement aux constructeurs
l'envie de l'utiliser pour les
périphériques demandant une grande
vitesse de transfert. Il s'agit en premier
lieu de l'affichage, dont les besoins
croissent dans des proportions
énormes avec l'adoption des interfaces
graphiques telles que Windows et,
dans une moindre mesure, des disques
durs et des cartes réseau. Un certain
nombre de constructeurs ont
développé leur propre bus local,
incompatible avec les produits de
marque différente.
En revanche, certains se sont associés pour créer le standard VESA (Video
Electronics Association), qui avait pour objet initial de permettre l'installation d'une
carte d'affichage sur le bus local. Les connecteurs d'extension VESA se reconnaissent
facilement à leur couleur marron.
6) Le bus PCI
Le bus VESA comporte
malheureusement certaines
limitations.
Ayant été conçu comme une
extension d'un bus réservé à la
communication avec la mémoire, le
nombre de connecteurs est limité à 3.
De plus, il a une largeur de 32 bits et
sa fréquence maximale est limitée à
33 MHz alors qu'il existe déjà des
microprocesseurs 64 bits fonctionnant
jusqu'à 100 MHz.