Introduction
Il convient de regarder comment est organisé le PC. Pour cela nous allons
prendre pour exemple un vieux PC de bureau à base de 486 en remarquant
qu’un PC à base de pentium 1 2 3 4 ou au delà comportera
sensiblement les mêmes éléments mais disposés
différemment parce qu’intégrés, dans leur majorité,
sous forme d'un ou deux chips sur la carte mère alors que le 486 conserve
l’architecture du premier PC de 1978. Notons que le PC de bureau est une
machine ouverte, c'est à dire qu'elle dispose de la possibilité
d'être modifiée. Selon vos besoins il sera ainsi possible de lui
rajouter certains éléments tels un ou plusieurs disques durs (j'en
ai ainsi eu jusqu'à 4 sur une machine, ainsi que deux lecteurs enregistreurs
de DVD,etc...) dans des emplacements disponibles prévus à cet
effet dans l'unité centrale.
Nous conservons cette analyse basée sur l'architecture 486 car elle permet
de mieux comprendre l'organisation matérielle du PC, d'une part, et pourquoi
une carte récente pour un pentium itanium possède certains
éléments, d'autre part. Nous donnerons en fin de chapitre un exemple
de carte utilisée aujourd'hui afin de permettre au lecteur de s'y retrouver.
En ce qui concerne les PC
portables leur organisation est semblable, mais, étant donné
qu'à la différence des machines de bureau, il s'agit de machines
fermées, c'est à dire figées par construction,
il est impossible de les modifier et nous n'en parlerons pas dans l'immédiat.
En fait, sur un seul circuit imprimé très dense on y retrouve
l'ensemble carte mère et cartes filles d'une machine de bureau et c'est
la qualité technique et la topologie de ce circuit imprimé qui
expliqueront l'essentiel des différences constatables, en terme de performances,
d'une machine portable à une autre équipée des mêmes
chips.
Rappelons que la plupart des mots nouveaux en bleu (ou violet) sont expliqués
dans le glossaire, il suffit de cliquer dessus.
Fig.
carte mère typique pour processeur 486
Sur
cette carte figurent uniquement les éléments clés, à
savoir le processeur 486, l’eprom
contenant le bios,
les RAM,
un chip contrôleur DMA
(Direct Memory Access) ainsi qu’un timer et les slots
dans lesquels viendront s’enficher les cartes d’adaptateur graphique
et celle spécialisée dans l’interfaçage des entrées
sorties, mais aussi d’autres laissées au libre choix de l’utilisateur
en fonction de l’emploi qu’il fera de son outil informatique.
Quelques mots sur le rôle des divers composants:
Le processeur lorsqu'il dialogue avec les éléments périphériques
(mémoire, clavier, disque..) réclame les données octet
par octet (ou mot par mot). Si le seul travail à effectuer est de transférer
une donnée d'un périphérique extérieur vers la mémoire,
il est stupide de monopoliser le processeur pour cela et ce sera le rôle
du contrôleur DMA (qui ne sait faire que transférer des données
vers une mémoire). Accessoirement dans les PC modernes celui-ci joue
aussi un rôle dans le rafraichissement de la mémoire DRAM. Il est
donc chargé de tâches indispensables mais peu "nobles".
Le
contrôleur d'interruption 8259 va jouer vis à vis du clavier (mais
aussi d'autres périphériques non représentés sur
ce schéma minimaliste) un rôle central. En effet le clavier informe
le processeur qu'une touche a été frappée, mais comme le
rythme de frappe et celui de travail du processeur sont sans commune mesure,
le circuit 8259 sert de relais et n'informe le processeur que lorsque celui-ci
peut effectivement prendre en compte cette interruption
matérielle de son travail en cours. Bien entendu le processeur travaille
si vite que vous ne risquez pas de frapper un caractère avant que le
précédent ne soit pris en compte.
Le timer va jouer un double rôle de cadencement des opérations
du contrôleur DMA, mais aussi comme générateur de sons élémentaires
à destination du haut-parleur du PC (en effet dans les premiers temps
de l'informatique personnelle les concepteurs du système windows ont
imaginé associer des sons spécifiques à certaines actions
importantes mises en oeuvre par l'utilisateur. Ceci laissant clairement supposer
que l'utilisateur est débile et qu'il faut lui rappeler par des bruits
plus ou moins désagréables ce qu'il est en train de faire. Aujourd'hui
on peut supprimer la majeure partie de ces sons).
La
ROM (Read Only Memory) contenant le BIOS est la mémoire conservant toute
l'organisation des relations entre les divers composants, c'est à dire
fondamentalement les procédures d'entrées-sorties, tandis
que la RAM (Random Access Memory) est la mémoire de travail principale.
Notons que le processeur 486 (appelé aussi CPU, c'est à dire Central
Processing Unit, dans la suite) comporte dans son boitier une unité centrale
(x86) de gestion, une unité spécialisée de calcul arithmétique
(x87), une mémoire cache et son contrôleur pour mémoriser
au plus près les données souvent utilisées (et donc gagner
du temps).
LES
ADAPTATEURS indispensables
Dans un ordinateur de bureau, outre la carte-mère support du processeur,
figurent le plus souvent un certain nombre de cartes adaptateurs (dites cartes
filles). L’évolution technologique récente (hyper miniaturisation
des composants) a permis d’intégrer certaines d’entre elles
sur la carte mère, mais certains adaptateurs
ne seront pas intégrés pour laisser à l’utilisateur
le choix d’une configuration personnalisée. Par contre nous noterons
que dans un microordinateur portable, en raison de la miniaturisation indispensable
tous les adaptateurs seront figés sur l'unique circuit imprimé
constituant la carte mère et, de facto, la personnalisation sera exclue
(ou ne concernera que des périphériques externes à la machine,
ce qui ne relève pas du concept de "portable").
Dans
tous les cas un adaptateur est caractérisé par trois éléments
de configuration, généralement plus ou moins programmables :
- l’adresse
du port PC qui lui
est lié, c’est à dire l’adresse par laquelle cette
carte (ou son circuit équivalent dans une machine récente) est
reconnue par le processeur
- la zone
adresse qui est
réservée dans le plan mémoire du
système à leur mémoire interne lorsqu’ils en possèdent
- l’interruption
qui leur sera affectée
- enfin pour certains
le canal DMA qu’ils utilisent
adaptateur
graphique
L’adaptateur graphique possède deux fonctions
distinctes : textes et graphiques. Les caractères
sont affichés en mode texte selon un réseau figé de points,
alors qu'en mode graphique c’est libre. Pour afficher un caractère
il suffit d’envoyer un code au chip contrôleur d’écran
et c’est le générateur de caractères qui a la tâche
de convertir ce code en un ensemble de pixels
affichés par le contrôleur sur l’écran, tandis que
la ram vidéo se contente de sauvegarder le code du caractère.
Le mode graphique est quasiment le seul exploité aujourd'hui.
En
mode graphique, la ram vidéo est lue directement et c’est le CPU
qui vient écrire directement dans la ram vidéo. Inversement
il arrive que le CPU lise la ram vidéo, pour identifier un caractère
affiché en un certain point de l’écran par exemple. De plus
le CPU peut relire la RAM vidéo et sauvegarder son contenu en DRAM avant
de charger une nouvelle page, ce qui permettra de restorer rapidement la page
précédente en cas de besoin.
Récemment,
en raison de la diminution du coût des mémoires et des besoins
d'affichage en pseudo 3 dimensions, les concepteurs d'adaptateurs graphiques
ont été amenés à modifier sensiblement ce schéma.
D'une part, la carte embarque assez de mémoire pour sauvegarder plusieurs
pages et, d'autre part, le processeur graphique dispose de capacités
très accrues de calcul (en terme de complexité et de rapidité)
lui permettant de décharger le processeur principal du PC d'un certain
nombre de tâches liées à l'affichage. Ainsi les jeux en
3-D semblent beaucoup plus réalistes. Lorsque vous déplacez une
fenêtre à l'écran, dans les premiers PC c'était le
CPU qui devait recalculer toutes les nouvelles positions de tous les points
déplacés, de même si vous vouliez en changer la dimension,
aujourd'hui le processeur transmet simplement la valeur x et y du déplacement
d'un seul point et c'est la carte vidéo qui se charge du reste, et comme
elle a été optimisée pour ce travail elle le fait plus
vite que ne le ferait le processeur.
Fig: structure
d’un adaptateur graphique typique
contrôleur
multifonction
La seconde carte identifiable sur un microordinateur était la carte contrôleur
d’interface multifonction, sur laquelle on rencontrera à
la fois les interfaces floppy disk et les 2 interfaces IDE.
Quatre disques durs (ou assimilés tel un lecteur de Cd/Dvd) peuvent être
connectés sur cette carte. Soit des disques standard de capacité
maximale de 512 Mégaoctets, soit des disques pouvant atteindre 2 gigaoctets
si l’interface est de type E IDE et qu’en outre un gestionnaire spécifique
est chargé au boot du système afin de tromper le bios et de lui
faire croire qu’il s’agit de disque 512Mo. Cette limitation du bios
a été portée à 2 gigaoctets sur le pentium 1 sous
win95, et dans les versions plus récentes de windows (à
partir de la version 98 SE), et pour les pentium 2 et au delà, on peut
même transgresser cette limite et avoir des disques de plusieurs centaines
de gigaoctets (2 To max).
Fig. contrôleur
de disque
Sur
la carte contrôleur de disques figurent aussi les circuits d’interface
vers l’imprimante (LPT1) ainsi que l’UART
8250 ou 16450 (ou 16550) qui pilote la liaison série (COM1 et COM2).
Précisons que sur cette carte d’interface on dispose de la possibilité,
d’une part, de désactiver une interface non
utilisée, et d’autre part parfois d’en
changer l’adresse par le biais d’une série de cavaliers.
On peut ainsi mettre deux cartes d’interface sur un même PC à
condition de changer les adresses des éléments qui seront actifs :
ainsi le port parallèle sera LPT1 à l’adresse 378 sur une
carte et LPT2 à l’adresse 278 sur l’autre.
Dans
les systèmes récents, à base de pentium, ce contrôleur
multifonction est intégré sur la carte mère, mais les principes
en sont inchangés et les cavaliers sont maintenus (mais on peut aussi
très souvent intervenir sur la configuration au démarrage via
le bios, c'est à dire en agissant sur le contenu d'une mémoire
spécifique qui génère les codes appliqués à
des circuits de décodage d'adresse). En outre, il gère de nouveaux
types d'interface série plus rapide (USB, IEEE 1394) dont on parlera
plus loin.