Un ordinateur est une machine électronique capable de recevoir, mémoriser, traiter et transmettre des informations. Il exécute des programmes constitués d'instructions qui déterminent les opérations à effectuer.

Les informations manipulées par un ordinateur sont représentées sous forme de données numériques. Un texte, une image, un son ou une vidéo est ainsi transformé en données que les circuits électroniques peuvent stocker, déplacer et traiter.

Matériel et logiciels

Un ordinateur associe deux éléments complémentaires : le matériel (hardware) et les logiciels (software).

Le matériel regroupe les éléments physiques de la machine : composants électroniques, mémoire, stockage et périphériques. Les logiciels regroupent les programmes et les données qui permettent d'utiliser ce matériel pour réaliser des tâches.

Le traitement de l'information

Le fonctionnement d'un ordinateur repose sur un cycle de traitement de l'information. Les données et les instructions sont stockées en mémoire, le processeur exécute les instructions et les résultats sont enregistrés, transmis à d'autres composants ou envoyés vers des périphériques.

Ces opérations s'effectuent à très grande vitesse. Le processeur traite continuellement des instructions tandis que les différents composants échangent des données par l'intermédiaire des circuits de communication de la machine.

Le système d'exploitation

Le système d'exploitation est le logiciel principal qui organise l'utilisation de l'ordinateur. Il gère les ressources matérielles, la mémoire, les fichiers, les périphériques et les communications entre les programmes et les composants.

Il fournit également les fonctions utilisées par les applications pour accéder au matériel. Une application peut ainsi utiliser un fichier, afficher une image, produire un son ou communiquer sur un réseau en passant par les services du système d'exploitation.

Les différents ordinateurs

Les ordinateurs existent sous des formes adaptées à des usages très différents. Un ordinateur de bureau privilégie généralement les performances et l'évolutivité. Un ordinateur portable rassemble ses composants dans un appareil transportable fonctionnant sur batterie.

Les serveurs fournissent des services ou des ressources à d'autres machines connectées à un réseau. Les supercalculateurs sont conçus pour réaliser des calculs scientifiques à très grande échelle. Les ordinateurs embarqués sont intégrés dans des véhicules, des machines industrielles, des robots ou des appareils électroniques.

L'informatique

L'informatique est la science du traitement automatique de l'information par des machines. Elle comprend notamment la programmation, les logiciels, les systèmes d'exploitation, les réseaux, les bases de données, la cybersécurité, l'intelligence artificielle et le traitement des données numériques.

Un ordinateur constitue ainsi un ensemble organisé de composants matériels et de logiciels qui coopèrent pour stocker, traiter et échanger des informations.

Lorsque l'on ouvre un ordinateur, on découvre un ensemble de composants électroniques reliés entre eux. Chacun possède un rôle précis et tous travaillent ensemble pour permettre à la machine de fonctionner. Aucun composant ne suffit à lui seul : l'ordinateur fonctionne grâce aux échanges permanents entre ses différents éléments.

La carte mère

Le composant central est la carte mère. Il s'agit d'une grande carte électronique sur laquelle viennent se connecter la plupart des autres composants de l'ordinateur.

Elle permet notamment de relier le processeur, la mémoire vive, les supports de stockage, la carte graphique et différents périphériques. Elle distribue également l'alimentation électrique aux composants qui lui sont connectés et assure une grande partie des communications entre eux.

La carte mère possède différents connecteurs et emplacements adaptés aux composants qu'elle doit accueillir : socket du processeur, emplacements de mémoire, connecteurs pour les supports de stockage, ports d'extension et connecteurs pour les périphériques.

Le processeur

Le processeur, ou CPU (Central Processing Unit), exécute les instructions des programmes. Il réalise des opérations arithmétiques et logiques, manipule des données et coordonne une grande partie des opérations effectuées par l'ordinateur.

Un processeur moderne possède généralement plusieurs cœurs. Chaque cœur peut exécuter des instructions et plusieurs cœurs peuvent travailler simultanément. La fréquence du processeur, exprimée en hertz (Hz), indique notamment la cadence de fonctionnement de ses circuits, mais elle ne suffit pas à elle seule à déterminer ses performances.

La mémoire vive

La mémoire vive, ou RAM (Random Access Memory), sert à conserver temporairement les programmes et les données dont le processeur a besoin pendant leur utilisation.

Elle est beaucoup plus rapide qu'un support de stockage classique, mais elle est volatile : son contenu disparaît lorsque l'ordinateur est éteint ou lorsqu'elle n'est plus alimentée.

La quantité de RAM disponible influence notamment le nombre de programmes et la quantité de données que l'ordinateur peut conserver rapidement à disposition. La RAM ne remplace cependant pas le stockage : elle sert principalement au travail en cours, tandis que le stockage conserve les données même lorsque l'ordinateur est éteint.

Le stockage

Les supports de stockage permettent de conserver durablement les fichiers, les programmes et le système d'exploitation.

Les deux principales technologies utilisées dans les ordinateurs sont les disques durs (HDD) et les SSD.

Un disque dur utilise des plateaux magnétiques qui tournent à grande vitesse et des têtes de lecture et d'écriture qui se déplacent au-dessus de leur surface. Cette technologie permet de stocker de grandes quantités de données, mais les mouvements mécaniques la rendent plus lente et plus sensible aux chocs.

Un SSD (Solid State Drive) ne possède aucune pièce mécanique en mouvement. Il utilise de la mémoire flash pour enregistrer les données. Il est généralement plus rapide, plus silencieux et plus résistant aux chocs qu'un disque dur.

Le stockage peut contenir le système d'exploitation, les logiciels, les documents, les photographies, les vidéos et toutes les autres données conservées par l'utilisateur.

La carte graphique

La carte graphique, ou GPU (Graphics Processing Unit), est spécialisée dans le traitement de nombreuses opérations nécessaires à l'affichage des images.

Elle transforme les données graphiques en informations permettant de produire les images affichées sur un écran. Elle est particulièrement importante pour les jeux vidéo, la 3D, la création graphique, le montage vidéo et certaines applications scientifiques.

Certains ordinateurs possèdent un GPU directement intégré au processeur ou à la même puce que celui-ci. D'autres utilisent une carte graphique dédiée, équipée de son propre processeur graphique et généralement de sa propre mémoire vidéo.

Le bloc d'alimentation

Tous les composants électroniques ont besoin d'électricité pour fonctionner. Dans un ordinateur de bureau, le bloc d'alimentation, ou PSU (Power Supply Unit), reçoit le courant électrique provenant de la prise secteur et le transforme en tensions continues adaptées aux différents circuits de l'ordinateur.

Il fournit notamment l'énergie nécessaire à la carte mère, au processeur, aux supports de stockage et à la carte graphique.

Dans un ordinateur portable, cette fonction est assurée par un circuit d'alimentation intégré à la machine et par un adaptateur externe qui fournit l'énergie nécessaire et recharge la batterie.

Le refroidissement

Le fonctionnement des composants électroniques produit de la chaleur. Plus un composant consomme d'énergie, plus il doit généralement évacuer de chaleur.

Un système de refroidissement maintient donc les composants à une température acceptable. Il peut utiliser des radiateurs métalliques, des ventilateurs, des caloducs ou, dans certaines machines, un circuit de refroidissement liquide.

Le processeur et la carte graphique sont notamment équipés de systèmes de refroidissement adaptés à leur consommation. Sans refroidissement suffisant, la température peut augmenter fortement et provoquer une diminution automatique des performances, des instabilités ou des dommages matériels.

Les périphériques

Les périphériques sont les appareils qui permettent à l'ordinateur de recevoir des informations, d'en restituer ou de communiquer avec son environnement.

Les périphériques d'entrée permettent d'envoyer des informations vers l'ordinateur. Le clavier , la souris , le microphone , le scanner et la webcam en sont des exemples.

Les périphériques de sortie permettent à l'ordinateur de restituer les résultats de ses traitements. L'écran , les haut-parleurs et l'imprimante en sont des exemples.

Certains périphériques peuvent assurer les deux fonctions. Un écran tactile peut par exemple afficher des informations tout en détectant les commandes de l'utilisateur.

Les connexions et les bus

Les différents composants doivent pouvoir échanger des données. Ces échanges passent par les connexions et les circuits de communication de la carte mère.

Les bus sont des ensembles de liaisons permettant de transporter des informations entre différents composants. Ils peuvent transporter des données, des adresses ou des signaux de commande.

Les ordinateurs modernes utilisent également différents standards de communication pour relier les composants et les périphériques. Par exemple, les interfaces PCI Express permettent de connecter des cartes d'extension et certains SSD très rapides, tandis que des interfaces comme USB permettent de connecter de nombreux périphériques externes.

La coopération entre les composants

Pour ouvrir un fichier enregistré sur un SSD, par exemple, plusieurs composants doivent travailler ensemble. Le processeur demande les données au système de stockage, celles-ci sont transférées vers la mémoire vive, puis le processeur les traite. Si le fichier doit être affiché, les données graphiques sont ensuite traitées par le GPU avant d'être envoyées vers l'écran.

Lorsqu'un utilisateur déplace la souris, le périphérique transmet cette information à l'ordinateur. Le système traite le mouvement, le processeur et éventuellement le GPU calculent les modifications nécessaires à l'affichage, puis l'écran présente le résultat.

Ainsi, un ordinateur n'est pas simplement un assemblage de composants indépendants. Le processeur traite les instructions, la mémoire vive conserve temporairement les données utilisées, le stockage conserve les données à long terme, le GPU prend en charge les traitements graphiques et la carte mère permet à l'ensemble de communiquer et de recevoir l'alimentation nécessaire.