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Configuration matérielle

Introduction au matériel

Un ordinateur est un ensemble d’éléments dont la pièce principale est l’unité centrale. Cette dernière se présente sous la forme d’un boîtier au format plus ou moins encombrant : tour, mini-tour ou tout-en-un. À cette unité centrale sont reliés les périphériques : moniteur (écran), clavier, souris, imprimante, etc. Un ordinateur portable suit le même schéma excepté le fait que l’unité centrale, l’écran, la souris et le clavier sont réunis en un seul appareil. Nous désignons par le terme de "composants" les éléments qui constituent la partie matérielle de l’unité centrale (hardware). Le ou les systèmes d’exploitation que vous installerez, ainsi que les applications que vous ajouterez, forment la partie logicielle (software).

Ce premier chapitre va nous permettre de faire connaissance avec les composants matériels de la machine ainsi qu’avec le fonctionnement de l’UEFI (Unified Extensible Firmware Interface).

Carte mère

La carte mère (motherboard en anglais) désigne le composant électronique le plus important présent dans l’ordinateur. C’est un circuit imprimé qui permet d’assurer les échanges de données entre les différents composants matériels qui sont connectés à cette carte.

1. Facteur d’encombrement

Ce terme permet de définir les dimensions et les caractéristiques électriques de la carte mère. Plusieurs normes ayant été définies par le passé, nous nous contenterons de présenter les plus récentes :

  • ATX (Advanced Technology eXtended) (305 x 244 mm) et ses déclinaisons E-ATX (Extended ATX, au format 305 x 330 mm), Micro-ATX (244 x 244 mm), Flex-ATX (229 x 191 mm) et Mini-ATX (150 x 150 mm) est un format optimisé conçu par la société Intel et permettant une meilleure organisation des éléments. Le format E-ATX étant le plus grand, il permet une meilleure répartition des différents composants, améliorant de ce fait la dissipation thermique. Il offre également plus d’emplacements pour la mémoire vive ou les cartes graphiques. Le format ATX est le format de carte mère le plus couramment répandu.

  • ITX (Information Technology eXtended) et ses déclinaisons Mini-ITX (170 x 70...

Processeur

1. Types de support

Le processeur (microprocesseur) ou CPU (Central Processing Unit) est un circuit intégré chargé d’interpréter les instructions et de traiter les données contenues dans la mémoire. Il peut être :

  • soudé directement sur la carte mère. Il est alors appelé support BGA (Ball Grid Array). Ce type de socket se retrouve généralement sur les ordinateurs portables :

  • connecté par l’intermédiaire d’un socket, un connecteur carré ou rectangulaire muni de :

  • soit plusieurs centaines de perforations dans lesquelles viendront s’insérer les broches du processeur. Ce type de connexion est appelé PGA (Pin Grid Array). Le principal inconvénient est la fragilité des broches avec le risque de les tordre ou de les rompre.

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Image par ElasticComputeFarm de Pixabay (https://pixabay.com/photos/amd-cpu-processor-microprocessor-1310766/)

  • soit plusieurs centaines de contacts montés sur ressorts contre lesquels viendront se plaquer les contacts du processeur. Ce connecteur est appelé connecteur LGA (Land Grid Array).

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Image by Bruno /Germany from Pixabay (https://pixabay.com/photos/cpu-processor-chip-intel-core-pc-4393384/)

La vitesse de traitement d’un processeur est exprimée en MILS (Millions d’Instructions Par Seconde). La fréquence d’horloge d’un processeur est exprimée en GHz (gigahertz).

Les processeurs à architecture x86 peuvent être classés en deux groupes, selon le fabricant : AMD ou Intel.

Pour les cartes mères destinées aux processeurs...

Mémoire vive

La mémoire vive ou RAM (Random Access Memory) est un composant électronique permettant de stocker l’ensemble des données dont le processeur se sert à un moment précis. La RAM se présente sous la forme de barrettes enfichées sur la carte mère par l’intermédiaire de slots. La mémoire vive possède un temps d’accès de quelques dizaines de nanosecondes, tandis que celui du disque SSD est de quelques microsecondes (cent fois plus). La vitesse de la mémoire vive est donc bien supérieure à ce dernier.

Le processeur prépare la mémoire à recevoir ou à envoyer les données contenues dans une zone d’adresse spécifique. Les adresses sont disposées selon un système de lignes et de colonnes insérées dans une matrice. Pour écrire une donnée en mémoire, l’adresse est transmise sous forme de coordonnées X et Y. Le signal RAS# (Row Address Strobe) désigne une adresse de ligne, tandis que le signal CAS# (Column Address Strobe) est employé pour une adresse de colonne. 

1. Types de mémoire

Les principales barrettes de mémoire utilisées actuellement sont les mémoires de type DDR (Double Data Rate). La DDR première du nom a disparu de la circulation et a laissé place aux types suivants :

Type

Fréquence

Avantages

DDR2-SDRAM (obsolète)

533 - 800 MHz

Taux de transfert doublé par rapport à la DDR, à fréquence égale

DDR3-SDRAM

1066 - 2400 MHz

Diminution de la consommation de 40 % par rapport à la DDR2, bande passante améliorée

DDR4-SDRAM

2133 - 5333 MHz

Consommation moins importante, débit amélioré

DDR5-SDRAM

4800 - 8000 MHz

Consommation améliorée, bande passante doublée, régulation du voltage sur la barrette

La DDR4 est actuellement le type de mémoire le plus vendu. Ceci s’explique par son bon rapport coût/performance, comparée à sa remplaçante, la DDR5.

Il existe deux principaux facteurs de forme, ou formats, pour les modules de mémoire de type DDR :

  • DIMM (Dual Inline Memory Module) : ce sont des mémoires 64 bits qui possèdent 240...

Stockage

Lors de la mise sous tension de l’ordinateur, celui-ci charge en mémoire vive une partie des fichiers stockés sur le disque qui forment le système d’exploitation. Lorsque cette mémoire vive n’est pas suffisante, le système d’exploitation utilise une portion du disque appelée mémoire virtuelle ou fichier d’échange (swap).

Nous pouvons distinguer plusieurs types de supports permettant de stocker les données :

  • Mémoire volatile : les données qui sont stockées dans la mémoire volatile seront perdues quand l’ordinateur sera éteint. Un bon exemple de mémoire volatile est la barrette mémoire RAM.

  • Mémoire non volatile : à l’inverse du précédent type, les données qui sont stockées dans la mémoire non volatile ne sont pas perdues quand l’ordinateur n’est plus alimenté. Dans cette catégorie, nous retrouvons :

  • Stockage magnétique : la plupart des périphériques de stockage fonctionnant selon le principe de l’électromagnétisme (combinant à la fois les propriétés électriques et les propriétés des aimants). Le disque dur est le périphérique de stockage magnétique principal de l’ordinateur.

  • Stockage optique : ce terme désigne un support de données numériques lisible par un système optique (laser) : CD-ROM, DVD-ROM, BD-ROM, etc.

  • Stockage électronique : ce type de stockage désigne les dispositifs et périphériques conçus à base de mémoire flash. Cette mémoire, non volatile et réinscriptible, utilise des composants de type semi-conducteurs pour le stockage des données. Les disques SSD et les clés USB utilisent la mémoire flash.

1. Disque dur mécanique

Un disque dur mécanique (HDD : Hard-Disk Drive) est composé d’un empilement de disques rigides appelés plateaux. Ils tournent rapidement autour d’un axe dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Un moteur assure la rotation des plateaux, et des têtes de lecture et d’écriture en parcourent les faces.

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Les données stockées sur le disque dur sont organisées en cercles...

Carte graphique

La carte graphique, appelée parfois GPU (Graphics Processing Unit), est un élément essentiel à tout ordinateur. Elle est chargée de gérer les éléments à afficher sur l’écran. Elle peut être :

  • intégrée au processeur,

  • interne ou dédiée, c’est-à-dire indépendante et connectée à la carte mère par l’intermédiaire d’un slot prévu à cet effet, le slot PCIe.

  • externe, reliée à l’ordinateur avec un connecteur Thunderbolt.

1. Dédiée ou intégrée ?

Les ordinateurs de bureau disposent généralement d’une carte graphique intégrée car leurs besoins sont généralement liés à des tâches graphiques simples. Le GPU est placé dans le processeur et utilise la mémoire vive de la machine pour gérer les données à afficher. C’est pour cette raison qu’elle porte également le nom de carte partagée.

Par contre, les machines ayant à accomplir des tâches graphiques poussées et gourmandes en ressources disposent d’une carte graphique dédiée : rendu 3D, jeux, effets visuels. Les cartes graphiques dédiées actuelles sont de véritables mini cartes mères car elles...

Connectique

Nous appelons "entrées-sorties" (parfois désignées sous l’acronyme I/O, de l’anglais Input/Output) les échanges de données entre le processeur et les périphériques qui lui sont associés. Ces périphériques sont classés selon le type de connecteur et le type de bus.

1. Types de connecteur

a. Port série ou port COM

Le port série est l’un des premiers ports à avoir été intégré aux ordinateurs. Il est appelé port série car les données sont transmises sous forme de séries. Il est généralement associé au protocole de communication RS-232C. Ce type de port a été remplacé par le port USB et n’est donc plus présent sur les machines récentes. Néanmoins, il est encore utilisé pour des connexions spécifiques à des équipements industriels et peut se retrouver sur certains ordinateurs.

b. Port USB

Le port USB (Universal Serial Bus) est apparu dans les années 1990. Utilisé à ses débuts pour le branchements de périphériques à chaud (Plug-and-Play), il permet désormais le transport d’informations avec une variété de protocoles : USB bien sûr, mais aussi HDMI, DisplayPort, Thunderbolt, etc.

Un ordinateur propose généralement deux types de connecteurs USB :

  • Le connecteur de type A, dont la forme est rectangulaire. Il sert à relier des périphériques nécessitant peu de ressources (souris, clavier, webcam, clé USB, disque externe, etc.).

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  • Le connecteur de type C, apparu en 2014, de forme rectangulaire, mais plus fine et arrondie sur les côtés. Il est réversible, contrairement au précédent. Ce format est en passe de devenir le standard USB. En 2021 il a été normalisé sous l’appelation USB-C.

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Au delà d’un type de connecteur, l’USB est également un protocole de communication. Au fur et à mesure de l’évolution de la technologie, de nouveaux standards sont apparus :

  • USB 1.1 proposait deux modes de communication :

  • mode Low Speed : 1,5 Mb/s, généralement utilisé pour les claviers, les souris...

  • mode Full Speed : 12 Mb/s...

UEFI

L’UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), initialement développé par Intel sous le nom d’EFI (Extensible Firmware Interface), est un programme destiné à se substituer au BIOS, le microprogramme installé originellement sur chaque carte mère. L’intérêt de ce programme qui prend place entre la couche matérielle et le système d’exploitation est d’ajouter des fonctionnalités évoluées au BIOS comme, par exemple, un démarrage plus rapide, le support des disques de capacité supérieure à 2,2 To grâce au partitionnement de type GPT (GUID Partition Table) ou encore le démarrage sécurisé du système d’exploitation. Cette dernière fonctionnalité se retrouve dans Windows 11 (8 et 10 également) sous le nom de démarrage sécurisé ou Secure Boot en anglais.

L’UEFI est censé fournir une interface graphique conviviale permettant notamment l’utilisation d’une souris. Néanmoins, il existe des UEFI offrant une interface très proche de celui-ci, dont la navigation ne s’effectue qu’au moyen du clavier. Comme pour le BIOS, il n’y a pas d’UEFI qui ressemble à un autre. Toutefois, l’esprit et l’utilisation de ce type de programme restent relativement similaires.

La dernière version des spécifications de l’UEFI est la 2.10.

1. Accès à l’UEFI

Pour accéder à l’utilitaire de configuration de l’UEFI, vous devez utiliser une touche ou une combinaison de touches préétablie, dépendant du fabricant de la machine ou de la carte mère. Il arrive souvent qu’en bas de l’écran, une mention, généralement en anglais, l’indique.

Voici quelques pistes :

Fabricant

Touche UEFI

Touche Menu de démarrage

Acer

[F2]

[F12]

Asrock

[F2]...

Problèmes matériels

Nous n’avons pas la prétention d’aborder tous les problèmes que vous pourrez rencontrer mais juste vous indiquer quelques éléments de solution.

1. Assemblage d’un ordinateur

Il est plus facile de monter le processeur avant d’installer la carte mère dans le boîtier. Pensez-y !

Le boîtier est relié à la carte mère par des connecteurs qui permettent d’alimenter les interrupteurs et les voyants d’activité (disque, mise en veille, etc.). Ils se connectent soit en suivant le schéma présent dans le manuel du constructeur, soit en fonction des indications directement signalées sur la carte mère. En général, le fil de couleur se place sur le « + » (+5VDC), tandis que l’autre (noir ou blanc) vers le « - »  (Ground). En cas de dysfonctionnement (la LED ne s’allume pas), et si vous êtes sûr que le cavalier est correctement placé, changez simplement l’orientation du fil. Le « + » est parfois identifié par un petit triangle sur le connecteur.

Signalétique pour les autres connecteurs :

  • Power SW pour l’interrupteur d’alimentation.

  • Reset SW pour l’interrupteur de remise à zéro.

  • Power LED pour la diode d’alimentation.

  • Power HDD pour la diode d’activité du disque.

Si vous entendez un fort bruit de frottement au démarrage de l’ordinateur, cela peut provenir d’un fil qui gêne le ventilateur du microprocesseur. Il suffit alors de relier ensemble les câbles qui semblent "pendouiller". De plus, cela améliorera le système de refroidissement de votre machine.

Vous pouvez rencontrer également des problèmes si les vis qui maintiennent la carte mère sur son support sont serrées trop fort, provoquant alors des problèmes d’initialisation.

Les nappes SATA ont un sens, un détrompeur vous obligera à positionner correctement la nappe dans le connecteur et donc évitera toute mauvaise connexion. Il est possible de raccourcir ces nappes en les enroulant autour d’un stylo ou d’un tournevis. Cela leur donne une forme de ressort.

Les barrettes mémoire peuvent quelquefois s’avérer incompatibles...