Mécanique du point : Chapitre 1 composants de l ordinateur mécanique de point
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Télécharger packUniversité Abdelmalek Essaâdi Al Hoceima Chapitre 1: composants de l’ordinateur
ENSAH 1.Présentation Les ordinateurs qui existent aujourd’hui se présentent sous diverses formes et différentes tailles. Les premiers ordinateurs (appelés autrefois ordinateurs centraux) occupaient toute une pièce, pour réaliser des opérations simples dans un temps qui paraîtrait aujourd’hui infiniment long. La miniaturisation des composants a, par la suite, permis l’avènement du mini-ordinateur, puis du micro-ordinateur, aussi appelé ordinateur personnel (le PC donc pour “Personal Computer”), le premier appareil capable de tenir sur un bureau. Mini, micro, désormais on est passé à “nano”. Un nano ordinateur désigne un ordinateur dont la taille est très inférieure à celle d’un micro-ordinateur. Certains modèles peuvent ainsi tenir dans une main et ne pas dépasser la taille d’une carte de crédit, tout en offrant des caractéristiques techniques proches des micro-ordinateurs standard. I.Composants de l’ordinateur Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 2 ENSAH 2.Les mainframes: datacenter Les mainframes (en français ordinateurs centraux), ordinateurs possédant une grande puissance de calcul, des capacités d’entrée-
sortie gigantesques et un haut niveau de fiabilité. Les mainframes sont utilisés dans de grandes entreprises pour effectuer des opérations lourdes de calcul ou de traitement de données volumineuses. E.W. DADI – page : 3 Composants de l'ordinateur ENSAH 3.Les ordinateurs personnels Les ordinateurs personnels , parmi lesquels on distingue : Les ordinateurs de bureau (en anglais desktop computers), composés d’un boîtier renfermant une carte mère et permettant de raccorder les différents périphériques tels que l’écran. Les ordinateurs portables (en anglais laptop ou notebooks), composé d’un boîtier intégrant un écran dépliable, un clavier et un grand nombre de périphériques incorporés E.W. DADI – page : 4 Composants de l'ordinateur ENSAH 4.Tablette PC, smartphone et smartwatch Les tablettes PC (en anglais tablet PC), composées d’un boîtier intégrant un écran tactile ainsi qu’un certain nombre de périphériques incorporés. Un smartphone ou téléphone intelligent, est un téléphone mobile évolué disposant des fonctions d’un assistant numérique personnel, d’un appareil photo numérique et d’un ordinateur portable. La saisie des données se fait le plus souvent par le biais d’un écran tactile ou, plus rarement d’un clavier ou d’un stylet. E.W. DADI – page : 5 Composants de l'ordinateur Smartwatch Smartphone ENSAH 5.Autres : cartes embarquées Ce sont des nanos-ordinateur qui peuvent avoir la taille d'une carte de crédit. Elles sont utilisable dans des domaines nécessitant des espaces réduits et demandent moins d’énergie. On les trouve par exemple dans des appareils électroménager, téléphone portable, automobile, scanner ou lecteur de code-
barres des caisses aux magasins, télévision, etc. E.W. DADI – page : 6 Composants de l'ordinateur Raspberry pi Jetson Nano ENSAH 6.Constitution d’un ordinateur PC de bureau, Smartphone, ordinateurs portables ou même un nano-
ordinateur, tous sont composés de la même manière : Processeur : le cerveau de l'ordinateur qui interprète et exécute les instructions. Mémoire : sert à stocker des informations. les entrées-sorties : dispositifs qui permettent de communiquer avec le monde extérieur. Un ordinateur est généralement constitué de: carte mère, processeur, mémoire RAM, disque dur, carte vidéo, cartes réseau, carte son, d’un écran (moniteur) , d’un clavier, d’une souris, etc... Ces composants peuvent être modulaires, c’est-à-dire des composants pouvant être remplacés par d’autres composants. Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 7 .... la suite ENSAH E.W. DADI – page : 8 UC Données Instructions Résultats Périphériques d’entrée Saisie Restitution Périphériques de sortie Ecran Imprimante Haut parleur CD-ROM Micro Clavier Souris Caméra Joystick Scanner Mémoires auxiliaires Disque dur Traitement E.W. DADI – page : 8 Composants de l'ordinateur ENSAH 1.C’est quoi? Le processeur (CPU, pour Central Processing Unit, soit Unité Centrale de Traitement) est le cerveau de l'ordinateur. Il est le responsable de tout traitement qu’un ordinateur peut faire. C'est lui qui organise les échanges de données entre les différents composants (disque dur, mémoire RAM, carte graphique) et qui fait les opérations(calculs) qui font que l'ordinateur interagit avec l’utilisateur et affiche à l'écran. Il permet de manipuler des informations et d'exécuter les instructions sous forme binaire. Les processeurs d’aujourd’hui sont capables de traiter des milliards d’informations par seconde, et accomplir des calculs immenses. La puissance d’un processeur est caractérisée par sa fréquence d'horloge (appelée également cycle, correspondant au nombre d'impulsions par seconde) qui s'exprime en Hertz (Hz). Il peut être caractérisée aussi par le nombre d'instructions qu'il est capable de traiter par seconde. Par exemple: un processeur 2.3Ghz effectuera 2.3 MILLIARDS de calculs (opération élémentaire) en une seconde. II.Processeur E.W. DADI – page : 9 Composants de l'ordinateur ENSAH 2.Processeur: en image E.W. DADI – page : 10 Composants de l'ordinateur Un CPU de fabricant Intel CPU: vue de l’intérieur Un CPU de fabricant AMD CPU de smartphone CPU: un morceau de silicium ENSAH 3.Comment fonctionne t’il? Le processeur est constitué d’un grand nombre de transistors. Un transistor est un dispositif semi-conducteur à trois électrodes actives, qui permet de contrôler un courant ou une tension grâce à une électrode de base(grille). Le courant passe de la source au drain sous le contrôle de la grille qui agit un peu comme un interrupteur. Les calculs (différents traitements) sont effectués en combinant plusieurs transistors. La combinaison de transistors permet de créer des portes logiques. Par exemple la porte de négation (not) peut être réalisée par l’association (combinaison) de deux transistors. E.W. DADI – page : 11 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 11 ENSAH 4.Processeurs modernes Les deux constructeurs de processeur Intel et AMD partagent actuellement presque la totalité du marché des processeurs. Mais l’architecture CPU d’Intel reste la plus répondue. En plus de l’architecture multi-cœurs, Intel a inventée plusieurs technologies, qui implémente sur sa gamme Intel core i (i3, i5, i7 et i9), en particulier la technologie Turbo Boost et Hyper-threading. Multi-cœurs est un processeur possédant plusieurs cœurs physiques qui travaillent en parallèle. Hyper-threading : possibilité d’exécuter plusieurs processus légères (thread) simultanément sur un seul cœur (processeur). La technologie Turbo Boost: permet aux processeurs de dépasser leur fréquence nominale dans certaines conditions (en dessous de seuils de puissance, d'intensité et de température). E.W. DADI – page : 12 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 12 ENSAH 1.Présentation En informatique, la mémoire est un dispositif électronique(ou parfois électromagnétique) qui sert à stocker des informations (stockage de données). Généralement, on distingue deux types de mémoire : les mémoire de stockage temporaire et les mémoires de stockage permanant (durable) . Selon leur usage, sur l’ordinateur on trouve les différents type de mémoires suivantes : Mémoire vive Mémoire cache Mémoires mortes Les mémoires de masse L’information binaire peut être stockée sous différentes manière :sous la forme d’une charge électrique, sous forme magnétique, ou bien sous forme des trous creusés sur des disque optiques. III.Mémoire E.W. DADI – page : 13 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 13 ENSAH 2.Taille mémoire La capacité (taille) de la mémoire est le nombre d’emplacements des bits, exprimé en général en kilo-octets ou en méga-octets. 1 octet = 8 bits 1 ko = 1024 octets, ou 8192 bits 1 Mo = 1024 Ko, ou 1048576 octets, ou 8388608 bits 1 Go = 1024 Mo, ou 1048576 Ko, ou 1073741824 octets, ou 8589934592 bits Les unités supérieurs sont respectivement : tera, peta, exa, zetta, yotta. Avec ces chiffres, il est plus facile de comprendre comment calculer la consommation de bande passante, l'espace de stockage libre sur un disque versus le poids d'un contenu. E.W. DADI – page : 14 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 14 ENSAH 3.RAM(Random Access Memory) E.W. DADI – page : 15 La mémoire RAM (mémoire vive) est un dispositif de stockage de données volatil. Il est utilisé par l'ordinateur pour stocker temporairement des données. Lorsque l'ordinateur est mis hors tension toutes les données stockées dans la mémoire RAM de l'ordinateur sont perdues. Les Mots "random access memory" se réfère au fait que tout octet de données peut être consulté directement le processeur au lieu de le chercher dans l'ordre jusqu'à ce qu'il trouve (comme dans une cassette). La mémoire RAM fonctionne à des vitesses très rapides et il est obligatoire pour le bon fonctionnement d'un ordinateur. Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 15 ENSAH 4.ROM(Read-Only Memory) Les mémoires mortes sont utilisées, entre autres, pour stocker : les informations nécessaires au démarrage d’un ordinateur (BIOS, instructions de démarrage, microcode); des tables de constantes ou des tables de facteurs de conversion Le microprocesseur utilise le code contenu dans le BIOS pour configurer chaque périphérique connecté à la carte mère (mémoire vive, disques durs, cartes d'extension, etc.). Si le microprocesseur ne peut pas afficher un message d'erreur, ni lancer le « configurateur du BIOS », la carte émet une série de bips qui permettent d'informer l'utilisateur du problème empêchant de continuer (entre autres si l'écran, le clavier ou la souris n'ont pas été détectés) — ces signaux sont propre à chaque carte. La signification de l'erreur liée à cette série de bips est précisée dans le manuel de la carte mère. E.W. DADI – page : 16 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 16 ENSAH 5.Mémoire cache La mémoire cache est un type de mémoire vive à laquelle le processeur peut accéder plus rapidement qu'à la mémoire RAM habituelle. Son rôle est de stocker les informations les plus fréquemment utilisées par les logiciels et applications lorsqu'ils sont actifs. La mémoire cache est organisée en trois niveaux de mémoire cache : La mémoire cache de niveau 1 ou L1 intégrée au processeur, très rapide mais petite en capacité de stockage. La mémoire cache de niveau 2 ou L2 dont la capacité est plus importante que la L1. La mémoire cache de niveau 3 ou L3, moins rapide que les précédentes mais dotée d'une capacité plus élevée. Sur les processeurs modernes les trois mémoires caches sont réunit sur le processeur lui-même. E.W. DADI – page : 17 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 17 ENSAH 6.Mémoire de masse C’est une mémoire de grande capacité, qui stocke les données (système d’exploitation, texte, image, vidéo, etc...) d’une manière persistante (non volatile). Elle permet de conserver les bits de données pour une long durée et sans avoir besoin de l’alimentation électrique. Il existe en plusieurs types à savoir: Disque dur, disque SSD, disque optique(CD/DVD), la mémoire flash(USB), ... E.W. DADI – page : 18 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 18 .... la suite ENSAH Disque dur Un disque dur (HDD pour Hard Disk Drive) c’est un support magnétique permettant un stockage de données reposant sur une technique mécanique. En effet, il dispose d’un ou plusieurs plateaux tournants et d’une tête de lecture/écriture. On en trouve à plusieurs vitesses de rotation, par exemple 5400 tours/minute et 7200 tours/minute. Plus le disque à une vitesse de rotation élevée, plus l’accès est rapide. Il existe deux types de HDD qui sont différents par le type de connecteur utilisées et par conséquence par le vitesse de transfert. Le disque dur utilisant le IDE est moins rapide que SATA. E.W. DADI – page : 19 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 19 .... la suite ENSAH Disque SSD Est une mémoire de stockage électronique à base de semi-
conducteurs. Cette mémoire de stockage présente l’avantage d’être rapide par rapport à un disque de type HDD sauf qu’elle 3x plus cher qu’un disque dur. Un ordinateur équipé d’un SSD démarrera en moins d’une minute (quelques secondes pour la plupart) et sera plus rapide pour le lancement et l’exécution des applications ainsi que pour le transfert des fichiers. E.W. DADI – page : 20 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 20 .... la suite ENSAH Mémoire flash Comme c’est le cas d’un SSD, cette mémoire électronique est aussi à base de semi-conducteurs. Une mémoire réinscriptible qu’on utilise pour sauvegarder nos données en externes et pour les transporter d’une machine à l’autre (exemple de clé USB, carte mémoire). Les clés USB sont différents surtout en fonction de leur vitesse de transfert qui dépend de port utilisé: L’USB 2.0 fonctionne à une vitesse de transfert maximale de 480 Mb/s appelée. Le connecteur est souvent de couleur noire. L’USB 3.0 fonctionne à une vitesse de transfert maximale de 5 Gb/s et il fait appel à un connecteur bleu pour le différencier de l’USB 2.0. L’USB 3.1 autorise des transferts jusqu’à 10 Gb/s. On le reconnaît à son connecteur rouge E.W. DADI – page : 21 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 21 .... la suite ENSAH Disque optique Un disque optique (appelé aussi disque optique numérique ou DON)
est un disque plat servant de support de stockage amovible. Un disque optique est habituellement constitué de polycarbonate. En informatique, les disques optiques sont utilisés comme mémoires de masse. Les CD, les DVD et les Blu-ray sont les disques optiques les plus connus. La lecteur/écriture sur le disque optique se fait au moyen d’un appareil disposant d'une diode laser. E.W. DADI – page : 22 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 22 ENSAH 1.Présentation Dans un ordinateur, une carte d’extension est un ensemble de composants placés sur un circuit imprimé qui est connectable à la carte mère via un bus informatique. Le but d’une carte d’extension est d’ajouter des capacités ou des fonctionnalités à un ordinateur. Parmi les cartes d’extension les plus courantes, on peut citer :carte graphique, carte son, carte réseau, ... IV.Carte d'extension E.W. DADI – page : 23 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 23 ENSAH 2.Carte graphique La carte graphique (en anglais graphic adapter), parfois appelée carte vidéo ou accélérateur graphique, est l'élément de l'ordinateur chargé de convertir les données numériques à afficher en données graphiques(un affichage compréhensible par l’homme) exploitables par un périphérique d'affichage. La carte graphique est un composant de l'unité centrale chargé de l'affichage sur l'écran : Windows, les fenêtres, le bureau... Les cartes graphiques récentes sont désormais équipées de processeurs d’une grande puissance appelés GPU(Graphical processing Unit), spécialisés dans le calcul de scènes graphiques complexes en 3D. Ces GPU sont devenues actuellement programmable. Les plus puissantes machine dans le monde sont à base de ces cartes graphiques. Ce sont la clé de la réussite de l’intelligence artificielle dernièrement. Les principaux constructeurs de cartes graphiques sont NVIDIA et ATI. E.W. DADI – page : 24 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 24 ENSAH 3.Carte son Elle permet de générer des sons à l'aide d'un générateur de son programmable, pour l'envoyer vers différent types de sorties sonores, tels que des casques, des haut-parleurs ou d'autres éléments d'une chaîne sonore, ou reçus par l'ordinateur, comme dans le cas d'un microphone. Parmi ses fonctions aussi, la conversion du signal numérique vers un signal analogique et vice versa. E.W. DADI – page : 25 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 25 ENSAH 4.Carte réseau Une carte réseau sert d'interface physique entre l'ordinateur et monde extérieur. Elle permet d’assurer une standardisation de la communication. C’est un ensemble de composants électroniques qui est responsable de l’émission et la réception de données. Les cartes réseau sont caractérisées par leur débit qui s’exprime généralement en Mbit/s. Cela mesure la capacité d'un équipement réseau à émettre et/ou recevoir un plus ou moins grand nombre de bits d'informations en une seconde. Chaque carte dispose d'une adresse unique, appelée adresse MAC, affectée par le constructeur de la carte, ce qui lui permet d'être identifiée de façon unique dans le monde parmi toutes les autres cartes réseau. Les cartes les plus utilisées sont : Cartes réseau Ethernet : réseau filaire (connexion par câble). Cartes réseau Wi-Fi : réseau sans fil. E.W. DADI – page : 26 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 26 ENSAH Les périphériques d'entrée servent à obtenir des informations (ou données) pour le système informatique tel que clavier (frappe de texte), souris (pointage), micro, webcam, scanner, etc. Les périphériques de sortie servent à faire sortir des informations du système informatique tel qu'écran, imprimante, haut-parleur, etc. On peut également rencontrer des périphériques d'entrée-sortie qui opèrent aussi bien en écriture qu'en lecture : un disque dur externe, un lecteur/enregistreur de CD-ROM ou une clé USB. Un périphérique peut être local ou en réseau : en « local » lorsqu'il est branché directement à un ordinateur (PC, console de jeux vidéo, tablette, etc.).
En « réseau » lorsqu'il est branché à un réseau informatique et qu'il communique avec une machine distante. V.Périphériques d’entrée/sortie E.W. DADI – page : 27 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 27 ENSAH 1.Présentation C’est la carte maîtresse du PC sur laquelle vient se connecter différents composants essentiels, comme le processeur, la RAM, le disque dur ou le SSD, la carte graphique,... La carte mère réunit des composants aussi essentiels que le processeur, la mémoire vive, des systèmes de bus de données et des connecteurs d'extension pour relier une carte son ou une carte graphique, par exemple. La carte mère est de ce fait le centre nerveux d'un ordinateur, lieu d'échange de données et de calcul. VI.Carte mère et ses composants E.W. DADI – page : 28 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 28 ENSAH 2.Chipset Le chipset est le chef d'orchestre du PC, il arbitre en permanence les priorités entre les différents flux de données. Cet ensemble de puces électronique gère toutes les communications entre le microprocesseur et les autres composants de la carte mère (mémoire RAM, contrôleurs de disques durs, cartes graphique, audio, réseau, ...). Le chipset n'est généralement pas constitué d'un seul circuit. Le constructeur distingue entre de type de chipset le Northbridge et le Southbridge. En gros, le Northbridge sert de lien entre le processeur et la mémoire, tandis que le Southbridge gère les entrées / sorties (bus PCI et AGP, ...). Sur les processeurs modernes (sorti après 2011), Le Northbridge se retrouve ainsi entièrement inclus dedans. E.W. DADI – page : 29 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 29 ENSAH 3.Connecteur Les connecteurs électriques: ils permettent d'acheminer le courant électrique du bloc d'alimentation vers la carte mère. A noter que tous les composants d'une carte mère ne fonctionnent pas à la même tension électrique. C'est pourquoi l'alimentation délivre trois tensions différentes : +12 V, +5 V et +3.3V Le support processeur (ou socket en anglais) est le connecteur spécifique du processeur, il permet d'insérer et de retirer le processeur . Le PCI Express, abrégé PCI-E ou PCIe est un standard développé par Intel qui sert à connecter des cartes d’extension sur la carte mère d’un ordinateur. On parle de ports PCIe ×1, ×2, ×4, ×8, ×16 et ×32 pour différencier les ports en fonction du nombre de connecteurs de ligne dont ils disposent. Les connecteurs SATA (pour Serial ATA) : ces connecteurs permettent de connecter trois types de périphériques : les disques durs SATA, les SSD et les lecteurs-
graveurs de disques optiques (DVD) et Blu-Ray. Cette interface créé en 2003 est actuellement en version trois. Les connecteurs M.2 : amélioration du connecteur mSATA, ces connecteurs sont destinés a accueillir des cartes filles de type : disques de stockage SSD / WIFI / Bluetooth, etc. E.W. DADI – page : 30 Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 30 ENSAH 4.Le connecteurs d'entrées/sorties Ils permettent à l'utilisateur de connecter des périphériques externes à l'ordinateur (comme un écran, un clavier, une souris, un kit d'enceintes ou une imprimante). On retrouve plusieurs types de connecteurs : E.W. DADI – page : 31 RJ45 USB VGA DVI Composants de l'ordinateur E.W. DADI – page : 31