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.

La carte mère est le composant principal d'un ordinateur. C'est une grande carte électronique sur laquelle viennent se connecter presque tous les autres composants. On peut la comparer au squelette ou au système nerveux de l'ordinateur : elle relie les différents éléments entre eux et leur permet de communiquer.

La fabrication de la carte mère

Une carte mère est constituée de plusieurs couches de matériau isolant dans lesquelles sont gravées des milliers de pistes conductrices, principalement en cuivre. Ces pistes forment un réseau de connexions électriques entre les différents composants.

Les pistes peuvent se trouver sur les deux faces de la carte mais également à l'intérieur de celle-ci. De petits trous métallisés, appelés vias, permettent de relier les différentes couches entre elles.

Cette organisation en plusieurs couches permet de faire passer de très nombreuses connexions dans un espace relativement réduit tout en évitant que les différents signaux électriques se touchent.

Le socket du processeur

Le socket est le support qui accueille le processeur. Il établit les connexions électriques entre le CPU et la carte mère.

Chaque famille de processeurs est conçue pour un type de socket particulier. Un processeur ne peut donc pas être installé sur n'importe quelle carte mère. Le socket doit être compatible avec le processeur et la carte mère doit également prendre en charge ce processeur au niveau de son firmware et de son alimentation.

Sur certains ordinateurs portables et sur de nombreux appareils compacts, le processeur peut être directement soudé à la carte mère au lieu d'être installé dans un socket amovible.

Les emplacements mémoire

À proximité du processeur se trouvent les emplacements mémoire, appelés slots DIMM sur les ordinateurs de bureau. Ils accueillent les barrettes de mémoire vive (RAM).

La carte mère détermine notamment le type de mémoire compatible, le nombre de barrettes pouvant être installées et la quantité maximale de mémoire prise en charge.

Les cartes mères peuvent également utiliser plusieurs canaux mémoire afin d'augmenter la quantité de données pouvant être transférées entre le processeur et la RAM. La disposition des barrettes dans les emplacements prévus par le constructeur peut donc avoir une importance.

Les connecteurs d'extension

Une carte mère possède généralement un ou plusieurs connecteurs d'extension. Les plus importants sont les connecteurs PCI Express (PCIe).

Ils permettent d'ajouter différents composants sous la forme de cartes d'extension : carte graphique, carte réseau, carte son, carte d'acquisition ou encore contrôleur spécialisé.

Les connecteurs PCIe existent en plusieurs formats et disposent d'un nombre différent de lignes de communication, par exemple x1, x4, x8 ou x16. Plus le nombre de lignes est important, plus la liaison peut transporter de données simultanément.

Les connecteurs de stockage

Les supports de stockage peuvent être reliés à la carte mère de différentes manières.

Les disques durs et certains SSD utilisent une interface SATA. Cette interface transporte les données entre le support de stockage et la carte mère.

Les SSD modernes utilisent souvent un format M.2. Un SSD M.2 peut communiquer avec l'ordinateur en utilisant notamment le protocole NVMe sur une liaison PCI Express. Cette technologie permet d'obtenir des débits beaucoup plus élevés que ceux des SSD SATA.

Le format M.2 décrit principalement la forme et le connecteur du périphérique. Il ne signifie donc pas à lui seul qu'un SSD utilise NVMe : certains périphériques M.2 utilisent également SATA.

Les connecteurs externes

Une partie des connexions de la carte mère est accessible à l'extérieur du boîtier. On trouve notamment des ports USB, des sorties vidéo lorsqu'un processeur graphique compatible est présent, des prises audio et parfois des connecteurs réseau Ethernet.

Certains modèles possèdent également des antennes ou des connecteurs pour des modules Wi-Fi et Bluetooth, ainsi que différents connecteurs destinés à des périphériques spécialisés.

Ces connexions permettent de relier l'ordinateur à des périphériques comme un clavier, une souris, une imprimante, un écran, un casque, un microphone, une clé USB ou un réseau.

Les connecteurs internes

La carte mère possède également de nombreux connecteurs qui ne sont accessibles qu'à l'intérieur du boîtier. Ils permettent notamment de brancher les ventilateurs, les boutons et voyants du boîtier, les ports USB situés en façade et les systèmes de stockage.

On trouve également des connecteurs d'alimentation permettant d'acheminer l'électricité provenant du bloc d'alimentation vers la carte mère et le processeur.

L'alimentation du processeur

Le processeur ne peut pas être alimenté directement avec la tension fournie par le bloc d'alimentation. La carte mère possède donc un circuit spécialisé appelé VRM (Voltage Regulator Module).

Le VRM transforme et régule la tension électrique afin de fournir au processeur une alimentation adaptée et stable. Il utilise notamment des transistors, des bobines et des condensateurs.

Les composants d'alimentation doivent être capables de fournir suffisamment de courant au processeur, particulièrement lorsque celui-ci fonctionne à pleine charge.

Le chipset

La carte mère contient également un ou plusieurs circuits qui assurent différentes fonctions de communication et de contrôle. Sur les cartes mères modernes, une grande partie des fonctions autrefois regroupées dans un seul chipset a été intégrée directement au processeur.

Le chipset restant sur la carte mère, lorsqu'il y en a un, gère notamment certaines connexions supplémentaires avec les périphériques, les ports USB, les lignes PCI Express supplémentaires ou d'autres fonctions de la carte mère.

L'organisation exacte dépend de la génération de processeur et de la plateforme utilisée. Le processeur et le chipset se partagent donc aujourd'hui une partie des fonctions qui étaient autrefois regroupées dans plusieurs circuits distincts.

Le BIOS et l'UEFI

La carte mère contient une mémoire non volatile qui conserve un programme appelé firmware. Sur les ordinateurs modernes, ce firmware est généralement un UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). Le terme BIOS est encore couramment utilisé, notamment parce que l'UEFI a remplacé les anciens BIOS tout en assurant une fonction comparable au démarrage de la machine.

Lorsque l'ordinateur est mis sous tension, le firmware initialise le matériel, vérifie et configure les principaux composants puis recherche un périphérique contenant un système permettant de démarrer l'ordinateur.

L'UEFI permet également de modifier différents paramètres matériels, comme certains réglages de démarrage, de mémoire ou de gestion de l'alimentation.

La pile de la carte mère

La carte mère possède généralement une petite pile, souvent une pile bouton, qui permet notamment de conserver certaines informations lorsque l'ordinateur est complètement éteint.

Elle alimente notamment l'horloge temps réel et permet de conserver certains paramètres lorsque la machine n'est plus alimentée par le secteur.

Les circuits audio et réseau

De nombreuses cartes mères intègrent directement des circuits permettant de gérer le son et le réseau. Il n'est donc pas toujours nécessaire d'ajouter une carte d'extension pour écouter du son ou connecter l'ordinateur à un réseau Ethernet.

Selon le modèle, la carte mère peut également intégrer des fonctions Wi-Fi et Bluetooth. Ces fonctions ne sont cependant pas présentes sur toutes les cartes mères.

Les communications entre les composants

Les composants d'un ordinateur doivent échanger en permanence des données et des signaux de commande. La carte mère fournit une grande partie des connexions nécessaires à ces échanges.

Les données circulent sous forme de signaux électriques dans les pistes et les interfaces de communication. La vitesse et l'organisation de ces échanges dépendent du type de liaison utilisé.

Le processeur communique directement avec certains composants, notamment la mémoire et certaines lignes PCI Express, tandis que d'autres périphériques passent par le chipset ou par différents contrôleurs. La carte mère constitue ainsi l'ensemble de connexions qui permet à ces différents circuits de fonctionner ensemble.

Le format de la carte mère

Les cartes mères existent dans différentes tailles et différents formats. Les formats courants des ordinateurs de bureau sont notamment ATX, Micro-ATX et Mini-ITX.

Le format détermine notamment les dimensions de la carte, l'emplacement des trous de fixation et une partie de la disposition des connecteurs et des emplacements d'extension.

Une grande carte mère peut généralement offrir davantage de connecteurs et d'emplacements pour ajouter des composants, tandis qu'une carte plus petite permet de construire un ordinateur plus compact.

Le choix d'une carte mère

Le choix d'une carte mère détermine en partie les possibilités d'évolution d'un ordinateur. Il faut notamment vérifier la compatibilité avec le processeur, le type et la quantité de mémoire vive, les supports de stockage, les cartes d'extension et les différents périphériques.

Une carte mère peut également proposer un nombre différent de ports USB, de connecteurs de stockage, de lignes PCI Express, de sorties vidéo ou de fonctions réseau. Ses caractéristiques doivent donc correspondre aux besoins de l'ordinateur et aux composants que l'on souhaite installer.