Introduction
Parmi les possesseurs d’ordinateurs, et plus spécifiquement de PC, on peut distinguer trois catégories d’utilisateurs. Il en existe probablement davantage, mais concentrons-nous sur ces trois-là.
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Les utilisateurs non techniques : Ceux qui ne savent pas ce qu’il y a à l’intérieur de leur PC et qui n’ont pas particulièrement envie de le savoir. Pour eux, c’est une sorte de boîte noire, un outil de travail ou de divertissement, un peu comme une console de jeu pour la plupart des joueurs. Cette catégorie est la plus nombreuse, car aujourd’hui, beaucoup de gens possèdent un PC à la maison ou utilisent un PC au travail.
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Les utilisateurs curieux : Ceux qui s’intéressent un peu à leur PC et qui ont une connaissance superficielle des différents éléments qui le constituent, mais qui n’ont jamais eu l’envie ou le besoin d’aller plus loin.
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Les passionnés : Ceux qui s’intéressent vraiment à leur PC et qui ont même monté leur propre machine en assemblant les différentes pièces qu’ils ont sélectionnées chez un revendeur. Cependant, cela ne signifie pas qu’ils savent comment tout cela fonctionne en détail, car il n’est pas nécessaire de le savoir pour obtenir un PC fonctionnel.
Dans cet épisode, nous allons aller plus loin. Je vais décomposer une carte mère, une carte graphique, une barrette mémoire, un SSD et un disque dur, et expliquer en détail le rôle de leurs principaux composants et comment ils interagissent entre eux. Je vais faire cela sur des pièces de génération relativement récente, donc ces analyses seront valables pour quelques années sans risque d’obsolescence rapide.
Exposition du sujet
Avant de commencer, il y a deux ou trois choses à prendre en considération pour éviter toute frustration ou déception à la fin de cette vidéo. Certes, je vais entrer dans les détails, et vous aurez des explications illustrées par des images intéressantes, mais je ne vais pas passer en revue chaque composant électronique de chaque circuit pour chaque élément, sinon la vidéo durerait une semaine et tout le monde s’ennuierait.
L’objectif est d’expliquer de quoi sont constitués ces cinq éléments, comment les principaux composants électroniques interagissent sur leur circuit, et tout cela pour avoir une compréhension d’ensemble du système, plus sous un angle électronique qu’informatique. Un ordinateur est avant tout un système électronique, ne l’oublions pas. Cela vous permettra aussi de comprendre que, par exemple, cette carte mère que nous utiliserons comme cobaye, et qui ne coûte que quelques dizaines d’euros, est en fait une pure merveille de technologie, résultat de dizaines d’années d’évolution de la microélectronique depuis les années 70.
Vous aurez remarqué que je n’ai pas inclus le CPU, ou processeur central, dans ces cinq éléments. Il faudra un autre épisode pour expliquer et détailler ce composant en particulier, mais cela n’est pas exclu. J’ai également mis de côté le boîtier d’alimentation ATX, car son rôle se résume à deux fonctions : fournir les quatre tensions requises (+12V, -12V, +5V, et +3,3V) et fournir une intensité de courant suffisamment dimensionnée pour tenir la charge nécessaire.
Présentation des éléments d’un PC
Pour démarrer, posons les bases et faisons un rapide tour d’horizon des différents éléments qui composent un PC et qui s’assemblent généralement dans un boîtier de type moyen tour, mini tour ou grand tour.
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La carte mère : C’est le circuit imprimé principal sur lequel tous les autres composants viennent se connecter. Elle assure la communication entre eux, contient des ports pour connecter les différents périphériques, des sockets pour le processeur, des slots pour la RAM, des ports PCI pour les cartes d’extension, et des connecteurs pour le stockage, etc.
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Le CPU : Le processeur, considéré comme le cerveau de l’ordinateur, est responsable de l’exécution des instructions des programmes. Il traite des données à une vitesse très élevée mais dégage beaucoup de chaleur, nécessitant un refroidissement efficace.
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La mémoire vive (RAM) : Utilisée pour stocker temporairement les données en cours de traitement par le processeur, avec des temps d’accès très courts. C’est de la mémoire volatile, ce qui signifie que toutes les données stockées sont perdues lorsqu’elle n’est plus alimentée électriquement.
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Le stockage : On utilise soit un disque dur mécanique à plateaux magnétiques pour un stockage de gros volumes à moindre coût, soit un SSD, un dispositif de stockage extrêmement rapide utilisant des puces de mémoire flash pour stocker les données. La mémoire flash est non volatile.
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La carte graphique (GPU) : Responsable du rendu des images, vidéos et animations, elle est essentielle pour les jeux vidéo, la modélisation 3D, le montage vidéo, la réalité virtuelle, etc. Certains processeurs Intel et AMD ont un GPU intégré, mais leurs performances ne sont pas comparables à celles d’une carte graphique dédiée.
Tout ce petit monde doit être alimenté en courant pour fonctionner, ce qui est le rôle du boîtier d’alimentation ATX. Il convertit le courant alternatif 230V en courant continu utilisé par les différents éléments de l’ordinateur.
Pour interagir avec le PC et voir ce qui se passe à travers le GPU, il faut au moins un périphérique d’entrée et un périphérique de sortie, de préférence un moniteur ou un écran. Les périphériques d’entrée incluent le clavier, la souris, le pavé tactile, le scanner, le micro, la webcam, la tablette graphique, la manette de jeu, le pédalier ou volant de course, le casque VR, le lecteur de CD, etc. Les périphériques de sortie incluent le haut-parleur, le casque audio, le casque VR, l’imprimante, le vidéoprojecteur, et les graveurs de CD, Blu-ray, DVD, etc.
Gestion thermique
Lorsque toute cette électronique est fonctionnelle et confinée dans un espace restreint, la température à l’intérieur du boîtier peut grimper rapidement si l’air chaud n’est pas évacué et remplacé par de l’air frais. Les boîtiers sont équipés de ventilateurs pour produire une circulation d’air frais, aspirant l’air frais par l’avant et rejetant l’air chaud vers l’arrière.
Analyse des éléments
Maintenant que les présentations sont faites, nous allons passer à l’analyse de ces cinq éléments. Je précise que toutes les pièces utilisées sont en panne et non réparables, ce qui permettra éventuellement un décorticage assez extrême.
La carte mère
La carte mère est un peu la colonne vertébrale du PC. C’est par elle que passent les signaux électriques qui circulent entre les différents éléments connectés. Il y en a de toutes sortes : analogiques, numériques, ainsi que des courants forts de plusieurs dizaines d’ampères.
Je vais retirer tous les dissipateurs thermiques installés pour avoir accès aux composants qui sont dessous. Je retire également le levier de verrouillage du CPU qui permet de le maintenir en place dans son socket. Les micro-contacts par lesquels passent les signaux électriques du CPU sont visibles au microscope.
Alimentation électrique
Le connecteur ATX fournit le courant nécessaire au CPU à partir d’une tension de 12V. Le CPU opère à une tension comprise entre 1,2V et 1,4V, avec une intensité de courant qui peut être très importante. Les VRM (Voltage Regulator Modules) autour du CPU transforment le 12V en une tension comprise entre 1,2V et 1,45V.
Contrôleur PCH
Le PCH (Platform Controller Hub) agit comme un hub central pour gérer la communication entre le processeur et les différents composants matériels. Il gère les ports USB, les connexions SATA, les voies PCI Express, et d’autres interfaces périphériques. Il supervise également les contrôleurs Ethernet, les modules WiFi, et le processeur audio intégré à la carte mère.
BIOS
Le BIOS est un micro-logiciel stocké dans une puce IPROM qui se charge en mémoire au démarrage de l’ordinateur pour initialiser le matériel avant de lancer le système d’exploitation.
Pile SOS
La pile au lithium de 3V type CR2032 joue un rôle important dans le maintien de certaines informations du système lorsque l’ordinateur est éteint ou débranché. Elle alimente la mémoire SOS qui stocke des paramètres essentiels du BIOS comme la date, l’heure, l’ordre de démarrage, et certaines données spécifiques au matériel.
La mémoire DRAM
La mémoire vive, ou DRAM, est essentielle au fonctionnement du PC. Elle sert de lieu de stockage temporaire pour les données traitées par le CPU. Aujourd’hui, on trouve essentiellement de la DDR5, mais pour cette vidéo, j’utiliserai de la DDR4.
Les barrettes DDR4 sont des modules en ligne double à 288 broches. Elles communiquent directement avec le CPU sans aucun élément intermédiaire. Le circuit imprimé comporte plusieurs couches internes constituées de pistes de cuivre permettant de transporter les signaux électriques entre les composants.
Composants essentiels
Les puces de silicium contenues dans les petits boîtiers noirs sont les éléments essentiels de la barrette mémoire. Elles sont généralement disposées en blocs de 4, 8 ou 16 bits selon la capacité totale de la barrette. Les condensateurs de découplage montés en surface assurent une alimentation stable pour ces puces.
SPD
La puce SPD (Serial Presence Detect) contient des informations sur la mémoire, comme la fréquence, la latence, les tensions utiles, etc., permettant à la carte mère de la configurer correctement au démarrage.
Le SSD
Un SSD SATA en boîtier 2,5 pouces contient beaucoup de vide. Le principe d’un SSD repose sur deux composants principaux : la mémoire flash NAND et un contrôleur qui gère cette mémoire vis-à-vis de la carte mère.
Connecteur SATA
Le connecteur SATA a un côté dédié aux données et un autre à l’alimentation électrique. La carte mère fournit au SSD trois tensions différentes : 3,3V, 5V, et 12V, bien que ce SSD n’utilise que le 5V et que le NVMe fonctionne sur du 3,3V.
Paires différentielles
Les paires différentielles assurent la transmission des données à haut débit en garantissant l’intégrité du signal.
Contrôleur
Le contrôleur, souvent conçu autour d’une architecture dual-core 32 bits ARM, effectue des opérations de lecture et écriture sans erreur dans la mémoire flash, répartit uniformément les données entre les cellules mémoire, nettoie les blocs de données inutilisés, et détecte et corrige les erreurs de bits.
Le disque dur
Le disque dur est formé de parties mécaniques mobiles pour lire et écrire les informations stockées. Les plateaux contiennent les données sous forme de bits magnétiques, et les têtes de lecture/écriture modifient la polarité magnétique des secteurs du disque.
Mécanisme
Le moteur fait tourner les plateaux à haute vitesse, et les têtes de lecture/écriture se déplacent horizontalement grâce à un bras mobile sans jamais toucher les plateaux. La puce de préamplification amplifie les signaux magnétiques pour garantir une écriture et une lecture précises.
La carte graphique
La carte graphique, ou GPU, est responsable du rendu des images, vidéos et animations. Elle est essentielle pour les jeux vidéo, la modélisation 3D, le montage vidéo, la réalité virtuelle, etc.
Alimentation
La carte graphique est alimentée par des connecteurs PCI Express qui injectent du 12V continu. Les VRM (Voltage Regulator Modules) gèrent la conversion des tensions pour alimenter le GPU et les mémoires GDDR6.
Contrôleurs
Les contrôleurs de modulation par largeur d’impulsion (PWM) gèrent les étages de puissance pour le GPU et les mémoires. Les Smart Power Stages contiennent des MOSFET, des drivers, des circuits de mesure de courant, et des systèmes de surveillance de température.
Mémoire GDDR6
La mémoire GDDR6 est directement gérée par le GPU via un bus mémoire de 384 bits. Chaque puce contient 1 Go, avec un débit de données max de 21 Gbit/s.
Conclusion
Cet épisode touche à sa fin. C’était dense, mais j’espère que vous avez appris quelques petites choses que vous pourrez replacer dans une conversation. Le prochain épisode sortira dans une dizaine de jours et portera sur un cas d’obsolescence programmée. À très bientôt !