Fonctionnement et composants d'un ordinateur

Historique - l'unité centrale actuelle - les périphériques externes - les systèmes d'exploitation.

Un ordinateur est un appareil électronique dédié au traitement de l'information (informatique). Son fonctionnement met en oeuvre 3 parties distinctes:

  1. le matériel proprement dit (l'hardware) qui rassemble les composants électroniques. On parle de tour quand l'écran et clavier sont à part, de portables quand l'écran - souris - clavier sont intégrés dans le même boîtier. Des périphériques externes sont également connectés comme l'imprimante, le scanner, ...

  2. le système d'exploitation qui sert d'interface entre la machine d'une part, l'utilisateur et les logiciels d'autre part.

  3. les logiciels, des programmes dédiés aux applications utilisateurs.

Historique

Les premiers ordinateurs datent de la fin des années 30. A l'époque, ils utilisent des relais et autres objets mécaniques comme des engrenages. C'est à cette époque qu'on a utilisé le langage binaire (0 ou 1) plutôt que la norme décimale. Après la seconde Guerre, quelques firmes américaines utilisent des lampes à vides (et donc l'électricité). Ces lampes ont divers défauts, d'abord une consommation et un encombrement importants, ensuite elles sont fragiles.

Avec la découverte en 1948 du transistor, les ordinateurs ont réduit leur encombrement mais aussi leur consommation dans les années 50, jusqu'à l'arrivée des circuits intégrés en 1958 qui intègrent quelques transistors réduisants encore les coûts de fabrication et d'utilisation. Dans les années 60, c'est principalement IBM qui développe ces équipements. La programmation se fait sur des cartes perforées, pas de réelles sauvegardes malgré l'invention du disque dur en 1957 et pas non plus de réel affichage des résultats, ils sont imprimés. L'invention de la disquette (encore IBM) en 1967 va déjà faciliter l'encodage. A l'époque, sa taille est de 8 pouces, soit plus de 20 cm de coté pour une capacité de 80 KB.

L'autre révolution en 1973 vient d'Intel avec le processeur 4 bits 4004, les suivants sous 8 bits vont réellement permettre la fabrication d'ordinateurs personnels grand publics. En 1976, fondation d'Apple et de son Apple I, rapidement suivi par d'autres firmes comme les amstrad avec écrans intégrés, Sinclair et son ZX80, Commodore 64 (toujours le plus vendu au monde qui se branchait sur une simple télévison), ... En 1976, Cray propose son supercalculateur, le Cray-1.

La suite est le lancement du PC (Personnal Computer) en 1981 avec le 8088 Intel basée sur un système d'exploitation sur disquette (le DOS) et celle du Macintosh d'Apple avec l'utilisation de la souris. Il faudra attendre Windows 1 en 1985 (interface du Dos), 1987 avec la version 2 et surtout en 1990 avec Windows 3.0 pour que les ordinateurs "compatibles IBM" utilisent réellement la souris et une interface graphique. 1987 est aussi la sortie du PS/2 d'IBM basé sur le 386 d'Intel avec un format totalement propriétaire, notament au niveau BUS MCA. C'est ce blocage des normes (copyright)  par IBM qui a finalement conduit une multitude de firmes à développer leurs propres ordinateurs compatibles (dont le principal était compaq) en gardant les anciens standards et toutes les séries de processeurs qui ont suivis.

L'unité centrale actuelle

L'unité centrale proprement dite (appelée ordinateur) est composée:

  1. du processeur, le circuit électronique principal dédié au traitement. Il lit des instructions dans un langage propre appelé assembleur.
  2. de la carte mère, une carte électronique permettant de connecter entre-eux le processeur, la mémoire, les différents circuits internes de communication et les ports de communication externes, directement ou via des cartes additionnelles insérées dans des connecteurs appelés bus. Elle inclut également le BIOS, un programme interne qui permet au microprocesseur de gérer les différents composants de la carte mère.
  3. les barettes mémoires permettent de stocker les lignes d'instructions et les données nécessaires au processeur en cours de travail. Le contenu de cette mémoire est volatile (on parle de mémoire vive), il disparaît sans être alimenté.

  4. Pour permettre la sauvegarde lorsque vous éteignez votre PC, on utilise des mémoires appelées "de masses". Le principal est le disque dur, en E-IDE ou S-ATA (SCSI ou SAS pour les serveurs réseaux). D'autres périphériques permettent également de sauvegarder ou de lire les données sur des périphériques utilisant différents média comme le lecteur CD ou le lecteur DVD (y compris les graveurs) ou même des lecteurs de cartes multimédia.

  5. La carte écran envoie un signal analogique ou numérique vers l'écran.

  6. Pour compléter, différents périphériques sont ajoutés directement sur la carte mère ou via des cartes additionnelles insérées dans un connecteur appelé bus. La carte audio, la carte ethernet, ports de sorties parallèle, série, ports PS2 pour le clavier et la souris, USB sont les standards mais d'autres existent comme le firewire. On retrouve actuellement des bus PCI (standard actuel) et PCI-express dans les tours.

  7. La fixation mécanique de ces composants utilise un boîtier qui inclut l'alimentation à découpage, actuellement de type ATX.

Les performances diffèrent par le modèle de processeur (type et vitesse), la qualité de la carte mère (le chipset associé au microprocesseur), la quantité de mémoire RAM et son type, la carte graphique (notamment son chipset, sa quantité de mémoire et le bus utilisé). La vitesse du disque dur peut également intervenir dans certaines applications. Les modèles les plus puissants sont utilisés comme serveurs réseaux.

On distingue les PC, les MAC, mainframes, .... Le type conditionne le système d'exploitation et les logiciels utilisables. L'ordinateur peut être acheté tout fait (ordinateurs de marque) ou monté (assemblé) avec des cartes et composants (uniquement les PC).

Structure interne (schéma) d'une unité centrale PC

Les périphériques externes.

Une fois l'ordinateur prêt, des périphériques sont ajoutés. Certains sont obligatoires comme l'écran, le clavier et la souris (intégrés dans les Notebook et Netbook), d'autres sont nécessaires ou accessoires.

  1. le clavier et la souris connectés en PS2 ou usb.
  2. l'écran, de type cathodique pour les plus anciens ou plat, permet d'afficher les résultats renvoyés par le microprocesseur.
  3. l'imprimante permet de mettre sur papier les résultats, elle se connecte sur l'unité centrale par un port parallèle (anciens modèles) ou en USB
  4. le scanner permet de transférer les informations "papier" dans le PC.
  5. différents périphériques permettent également de communiquer vers l'extérieur comme le modem (Internet) ou de sauvegarder les données ()

Le système d'exploitation

L'ordinateur peut maintenant travailler. Malheureusement, il reste à lui dire quoi faire. Le système d'exploitation est un programme (ou plutôt une suite de logiciels) qui sert d'interface entre l'électronique et l'utilisateur. Ceci permet de gérer les circuits électroniques sans connaissances techniques.

  1. Microsoft Windows est le plus utilisé dans les PC. Le système standard actuel est Windows 10
  2. Linux peut également être utilisé sur les PC.
  3. Mac OS est utilisé par les machines de marque Apple.
  4. Différents systèmes d'exploitation sont utilisés dans des machines spécifiques comme les serveurs réseaux: UNIX, Netware ou les différents Windows serveurs.

Il ne reste plus qu'à installer les logiciels.

Définitions complémentaires: bandes de sauvegarde - assembleur d'ordinateurs

Dans la formation X41: Assembler son PC

Dernière mise à jour, le 25/02/2021