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.

Le stockage est la partie de l'ordinateur qui permet de conserver les informations de manière durable. Contrairement à la mémoire vive (RAM), qui perd son contenu lorsqu'elle n'est plus alimentée, un support de stockage conserve les données même lorsque l'ordinateur est éteint.

C'est sur le stockage que sont enregistrés le système d'exploitation, les logiciels, les documents, les photographies, les vidéos et les autres fichiers de l'utilisateur.

Le rôle du stockage

Lorsqu'un programme doit être utilisé, les données nécessaires sont lues depuis le support de stockage et chargées en mémoire vive. Le processeur peut alors travailler sur ces données beaucoup plus rapidement.

Lorsqu'un fichier est créé ou modifié, les nouvelles informations sont finalement enregistrées sur le support de stockage afin d'être conservées après l'arrêt de l'ordinateur.

Le stockage et la RAM ont donc des fonctions différentes : le stockage conserve les données sur le long terme, tandis que la RAM sert de mémoire de travail pendant leur utilisation.

Les disques durs (HDD)

Pendant plusieurs décennies, le principal support de stockage des ordinateurs a été le disque dur, ou HDD (Hard Disk Drive).

Un disque dur contient un ou plusieurs plateaux circulaires recouverts d'un matériau magnétique. Ces plateaux tournent à grande vitesse autour d'un axe. Les vitesses courantes sont notamment 5 400 ou 7 200 tours par minute, avec des modèles fonctionnant à des vitesses différentes.

Une ou plusieurs têtes de lecture et d'écriture se déplacent au-dessus des plateaux sans les toucher. Elles permettent de lire ou de modifier les informations enregistrées sous forme de variations magnétiques.

Les données sont organisées sur les surfaces des plateaux en différentes zones afin que le contrôleur du disque puisse retrouver les informations demandées.

Les avantages et les limites du disque dur

Le principal avantage du disque dur est sa grande capacité pour un coût relativement faible. Il reste donc très utilisé pour conserver de grandes quantités de documents, de photographies, de vidéos ou de sauvegardes.

En revanche, ses pièces mécaniques en mouvement limitent sa vitesse. Le disque doit notamment attendre que les plateaux tournent et que les têtes se déplacent jusqu'à la zone contenant les données recherchées.

Un disque dur est également plus sensible aux chocs et aux vibrations lorsqu'il fonctionne. Les mouvements mécaniques produisent enfin un certain bruit et entraînent une consommation électrique supérieure à celle d'un SSD dans de nombreuses situations.

Les SSD

Les SSD (Solid State Drive) utilisent une technologie entièrement électronique. Ils ne possèdent pas de plateaux ni de têtes de lecture mécaniques.

Les données sont enregistrées dans des puces de mémoire flash. Cette mémoire est également utilisée dans les clés USB et les cartes mémoire, mais les SSD possèdent des contrôleurs beaucoup plus sophistiqués permettant de gérer de grandes quantités de données avec de meilleures performances.

L'absence de pièces mécaniques permet notamment d'obtenir des temps d'accès très faibles. Le système d'exploitation peut ainsi démarrer rapidement et les logiciels peuvent accéder aux fichiers avec beaucoup moins de délai.

La mémoire flash

La mémoire flash est constituée de très nombreuses cellules électroniques capables de conserver une information même lorsque l'alimentation est coupée.

Contrairement à la RAM, ces cellules sont conçues pour conserver leur état pendant une longue période sans alimentation. C'est cette caractéristique qui permet au SSD de conserver les fichiers lorsque l'ordinateur est éteint.

Les cellules de mémoire flash peuvent stocker différentes quantités d'information selon la technologie utilisée. On distingue notamment les mémoires SLC, MLC, TLC et QLC, capables de stocker respectivement un, deux, trois ou quatre bits par cellule.

Augmenter le nombre de bits stockés dans chaque cellule permet d'augmenter la capacité d'une puce, mais entraîne généralement des compromis concernant les performances, l'endurance et la gestion des erreurs.

Le contrôleur du SSD

Un SSD ne se résume pas à ses puces de mémoire flash. Il possède également un contrôleur qui gère les opérations de lecture et d'écriture.

Le contrôleur traduit les adresses utilisées par l'ordinateur en emplacements physiques dans les cellules de mémoire. Il gère également la correction des erreurs, la répartition des écritures et différentes opérations nécessaires au fonctionnement du SSD.

Comme les cellules flash ne peuvent pas être réécrites indéfiniment, le contrôleur utilise notamment des mécanismes permettant de répartir les écritures entre les différentes cellules. Cette technique contribue à augmenter la durée de vie du support.

L'endurance des SSD

Les cellules de mémoire flash supportent un nombre limité de cycles d'effacement et d'écriture. Cela ne signifie pas qu'un SSD cesse soudainement de fonctionner après un nombre précis d'écritures : son contrôleur surveille l'état des cellules et dispose de mécanismes permettant de gérer leur usure.

L'endurance d'un SSD est notamment exprimée par la quantité totale de données pouvant être écrites sur le support au cours de sa durée de vie, souvent indiquée par la valeur TBW (Terabytes Written).

Dans une utilisation normale, les SSD modernes peuvent fonctionner pendant de nombreuses années. Les systèmes de gestion internes limitent également l'usure en répartissant les écritures et en utilisant des cellules de remplacement lorsque cela est nécessaire.

Les SSD SATA

Certains SSD utilisent l'interface SATA, également utilisée par de nombreux disques durs. Ils offrent des performances nettement supérieures à celles d'un disque dur classique, notamment grâce à leur faible temps d'accès.

L'interface SATA constitue cependant une limitation pour les SSD modernes très rapides. Un SSD SATA est donc beaucoup plus rapide qu'un disque dur pour de nombreux accès, mais son débit maximal reste limité par l'interface utilisée.

Les SSD NVMe

Les SSD modernes les plus rapides utilisent généralement le protocole NVMe (Non-Volatile Memory Express), conçu spécifiquement pour les mémoires non volatiles rapides.

Un SSD NVMe communique généralement avec l'ordinateur par l'intermédiaire du bus PCI Express. Il peut ainsi utiliser plusieurs lignes de communication et atteindre des débits de plusieurs gigaoctets par seconde selon sa génération et son nombre de lignes PCIe.

NVMe et PCI Express ne désignent cependant pas la même chose : NVMe est un protocole de communication, tandis que PCI Express est une interface de communication utilisée pour transporter les données.

Le format M.2

De nombreux SSD NVMe utilisent le format physique M.2. Une petite carte électronique est alors directement insérée dans un connecteur de la carte mère.

M.2 désigne avant tout un format physique et un connecteur. Un périphérique M.2 peut utiliser différentes interfaces, notamment PCI Express avec NVMe ou, selon le modèle, SATA.

Il faut donc vérifier la compatibilité de la carte mère avant d'installer un SSD M.2.

Les performances du stockage

Les performances d'un support de stockage ne se résument pas à sa vitesse maximale de lecture ou d'écriture.

Le débit indique la quantité de données pouvant être transférée pendant une durée donnée. Il est généralement exprimé en Mo/s ou en Go/s.

Le temps d'accès indique quant à lui le délai nécessaire pour accéder aux données. C'est notamment sur ce point que les SSD présentent un avantage considérable par rapport aux disques durs.

Les performances dépendent également du type d'accès. Lire un gros fichier de manière continue ne sollicite pas le support de la même manière que lire une multitude de petits fichiers répartis à différents endroits.

La capacité de stockage

La capacité d'un support de stockage est généralement exprimée en gigaoctets (Go) ou en téraoctets (To).

Un téraoctet correspond à environ 1 000 gigaoctets lorsqu'on utilise les unités décimales employées par les fabricants de supports. Les systèmes informatiques utilisent également des unités binaires, ce qui explique pourquoi la capacité affichée par le système d'exploitation peut être légèrement inférieure à celle indiquée sur l'emballage.

Une partie de l'espace est également utilisée par le système de fichiers et, selon le support, par différentes structures nécessaires à son fonctionnement. La capacité disponible pour les fichiers est donc légèrement inférieure à la capacité brute du support.

Les systèmes de fichiers

Les données ne sont pas simplement déposées les unes à côté des autres sur un support. Le système d'exploitation utilise un système de fichiers pour organiser les fichiers et savoir où ils se trouvent.

Le système de fichiers gère notamment les noms des fichiers, les dossiers, leurs emplacements et différentes informations permettant au système d'exploitation de les retrouver.

Parmi les systèmes de fichiers couramment utilisés, on trouve notamment NTFS sous Windows, APFS sur les appareils Apple et différentes variantes de ext dans les systèmes Linux.

Le stockage externe

Le stockage n'est pas forcément installé à l'intérieur de l'ordinateur. Des supports externes peuvent être connectés par USB ou par d'autres interfaces.

Les clés USB utilisent de la mémoire flash et permettent de transporter facilement des fichiers. Les disques durs et SSD externes peuvent offrir des capacités plus importantes et sont notamment utilisés pour les sauvegardes ou le transfert de grandes quantités de données.

Les différents supports de stockage

Il existe de nombreux supports adaptés à des usages différents. Les disques durs sont intéressants pour les grandes capacités à faible coût, tandis que les SSD sont privilégiés lorsqu'une grande rapidité et un faible temps d'accès sont recherchés.

Les clés USB et les cartes mémoire utilisent également de la mémoire flash et sont particulièrement pratiques pour les appareils mobiles ou le transport de données.

Dans les serveurs et les centres de données, plusieurs supports peuvent être regroupés afin d'obtenir une capacité importante, d'améliorer les performances ou de continuer à fonctionner malgré la défaillance d'un support.

Le stockage et les sauvegardes

Un support de stockage ne doit pas être considéré comme une sauvegarde à lui seul. Un SSD ou un disque dur peut tomber en panne, être endommagé, perdu ou détruit.

Pour protéger des fichiers importants, il est donc préférable de conserver des copies supplémentaires sur d'autres supports ou dans d'autres emplacements. Une sauvegarde permet de récupérer les données lorsque l'original n'est plus disponible.