▷ Qu'est-ce qu'une carte mère et comment ça marche

Aujourd'hui, nous devons parler de la carte mère d'un ordinateur. La carte mère est sans aucun doute l'élément de base pour créer un ordinateur, le reste des composants tels que le CPU ou la RAM y seront installés afin que la machine soit capable de démarrer et de fonctionner. Voyons donc en détail ce qu'est une carte mère et comment elle fonctionne.

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Qu'est-ce qu'une carte mère?

La carte mère est sans aucun doute la partie la plus importante d'un ordinateur. C'est celui qui déterminera quelle architecture notre équipe a dans ses composants internes. Chaque carte mère sera conçue pour héberger certains composants, ou certains types de familles de composants, et prendra également en charge certaines vitesses et capacités de ces composants.

Tous ou presque tous les composants qui font partie de l'ordinateur seront connectés à la carte mère, il sera également en charge d'établir un bus de communication entre ces composants (CPU, RAM, carte graphique) et les périphériques qui y sont installés (souris, clavier, écran, etc.)

Son aspect physique est celui d'un circuit électronique de certaines dimensions dans lequel une série d'éléments tels que des puces, des condensateurs, des connecteurs de composants et des lignes électriques sont installés, qui forment ensemble la structure d'un ordinateur.

Presque tous doivent avoir quatre composants de base installés:

• Alimentation électrique Processeur central Mémoire RAM Unités de stockage

Les cartes mères sont constituées de différents formats physiques qui déterminent les dimensions physiques que celles-ci auront.

Formats de carte mère

Les formats que nous pouvons trouver sur le marché sont les suivants:

E-ATX

C'est le plus grand facteur de forme que nous ayons sur le marché. Ses dimensions sont 305 x 330 mm. Ces cartes ont généralement de nombreux trous pour les cartes d'extension et de nombreuses possibilités en termes d'installation de cartes graphiques dans SLI ou Crossfire.

De plus, nous aurons jusqu'à 8 emplacements disponibles pour l'installation de la mémoire RAM

ATX

Ces cartes sont sur le marché depuis 1995 grâce à leur implémentation par Intel. Ils sont également les plus courants que nous pouvons trouver. Ses dimensions sont de 305 x 244 mm bien qu'il y en ait aussi avec des dimensions légèrement différentes. Bien sûr, les trous pour son placement dans le châssis doivent être situés exactement aux endroits normalisés.

Ce type de cartes mères est utilisé pour presque tous les types de systèmes, de bureau, de jeux, etc. Cela est dû à ses larges possibilités d'expansion. Normalement, nous avons 7 emplacements d'extension et 4 emplacements pour l'installation de mémoires RAM.

Micro ATX

Les cartes mères avec ce format ont des dimensions de 244 x 244 mm, elles sont donc bien plus petites que les précédentes, environ 25%. Ces cartes, étant d'un format plus petit, sont destinées aux équipes de travail de bureau, qui n'ont pas besoin d'autant d'emplacements d'extension et occupent également des châssis plus petits.

Parmi ses possibilités d'extension, il dispose d'un maximum de 5 emplacements d'extension, bien que la normale soit de 3 et des espaces de jusqu'à 4 mémoires RAM. Ce type de plaques nécessitera un châssis compatible avec leur fixation car la position des vis sera différente des plaques ATX.

Mini ITX

Il s'agit du plus petit format de plaque disponible pour les ordinateurs personnels. Il a des dimensions de 170 x 170 mm. Pour la fixation, il se compose de quatre trous qui coïncident avec ceux installés pour une plaque ATX.

Sur ces cartes, nous pouvons trouver un seul emplacement d'extension pour la carte graphique et deux emplacements pour la mémoire RAM

Il y en a d'autres formés comme le XL-ATX, mais ils ne sont généralement pas beaucoup vus dans la gamme basse / moyenne. Uniquement dans la gamme PREMIUM

Composants physiques d'une carte mère

Ce sera de loin la section la plus large de cet article, car la carte mère a une multitude de composants qui méritent d'être nommés. Commençons alors.

Chipset

Le chipset ou "chipset" est un ensemble de circuits intégrés conçus pour établir une communication entre le processeur et les autres composants installés sur la carte mère. Ces éléments peuvent être la mémoire RAM, les disques durs, les connecteurs d'extension et les ports d'entrée et de sortie.

Avec l'évolution de la technologie de la carte mère, ces puces sont normalement constituées d' une seule puce centrale. De plus, ces puces sont exclusivement conçues pour un ensemble de processeurs ou une certaine marque et pour certains modules de mémoire RAM. Il est donc nécessaire que lors de l'acquisition d'une carte mère sur le marché, nous soyons obligés d'acheter également un processeur compatible et des modules RAM pour elle.

Anciennes cartes mères

Le chipset peut être intégré par deux puces et est également appelé le North Bridge ou North Brigde et le South Bridge ou South Bridge. Chacune de ces puces est responsable de certaines tâches à effectuer:

North Bridge: cette puce est directement connectée au bus du processeur et a une communication directe avec celui-ci et la mémoire RAM. Ce bus est également appelé Front Side Bus ou (FSB) et est déterminant pour la vitesse et les performances d'un ordinateur. En plus de cela, il est également en charge de la communication avec les ports PCI-Express, car ce sont ceux qui prennent en charge les composants les plus rapides tels que la carte mère ou les nouvelles unités de stockage à semi-conducteurs M.2 et PCI-E.

Pont Sud: cette puce est directement connectée au pont Nord via l'interface Direct Media Interface ou (DMI). Cette puce est en charge des communications des dispositifs d'entrée et de sortie et de leur connexion avec le pont nord. Par exemple, disques durs SATA, USB, Fire Wire, carte réseau, AUDIO, etc.

Cartes mères modernes

Actuellement, avec l'apparition de processeurs multicœurs tels que Intel Core et AMD FX, ce chipset a été considérablement réduit à une seule puce, faisant ainsi disparaître le pont sud.

En effet, les nouveaux processeurs intègrent le contrôleur de mémoire en leur sein, ils sont donc directement connectés au bus de mémoire RAM. Disons que le pont FSB est intégré au processeur et que le bus en charge des autres appareils s'appelle le Plataform Controller Hub (PCH), remplaçant le bus DMI.

Types de chipset

Il existe un grand nombre de modèles de chipset. A chaque évolution des processeurs il y a aussi une évolution de ces puces. Comme dans tout, il existe des bas de gamme, pour une gestion des composants à vitesse inférieure ou inférieure, un milieu de gamme et un haut de gamme qui offre une vitesse maximale et un support pour différentes cartes graphiques et la RAM la plus rapide du marché.

Selon le fabricant du processeur, nous pouvons trouver des chipsets conçus pour les processeurs AMD et des chipsets conçus pour les processeurs Intel.

Pour plus d'informations sur les derniers modèles de chipset de marquage pour les deux technologies et leur comparaison, consultez nos articles suivants:

Prise de microprocesseur

Comme il ne pouvait en être autrement, c'est sur la carte mère que le microprocesseur doit être installé et pour cela une prise avec les connecteurs physiques sera nécessaire pour communiquer cela avec la carte mère. Il existe deux types de prises:

• PGA (Pid Grid Array): dans cette prise il y a un panneau avec des trous pour insérer le microprocesseur à l'intérieur, qui aura des broches de contact pour l'insertion. LGA (Land Grid Array) - La prise comporte une matrice de contacts plaqués or qui établissent un contact entre la carte mère et la puce du processeur, qui n'a qu'une surface plane avec des points de contact.

La technologie d'insertion est appelée ZIF (Zero Insertion Force) et la puce ne s'adapte pas parfaitement dans la douille si vous devez appliquer une force dans le processus.

Comme pour les processeurs, il existe de nombreux types de sockets pour votre installation. Cela signifie que lors de l'achat d'une carte mère d'une certaine architecture, il est nécessaire d'acquérir un processeur compatible avec celle-ci.

De plus, chaque carte mère est conçue pour un fabricant de processeurs, donc le socket et le chipset doivent être compatibles avec la marque en question.

Pour en savoir plus sur le fonctionnement d'un processeur, nous recommandons l'article suivant:

• Qu'est-ce qu'un processeur et comment fonctionne-t-il?

Emplacements de mémoire RAM

Ces connecteurs ou bus sont chargés de loger les modules de mémoire RAM qui seront installés dans l'équipement. En général, les cartes mères ont 4 emplacements ou les cartes mères haut de gamme en ont 8.

Ces emplacements seront généralement conçus pour fonctionner avec la technologie double canal ou même la technologie quadruple canal. Comme avec le processeur, chaque carte mère supportera une certaine architecture de RAM.

Les cartes mères ont actuellement différents types d'emplacements RAM, bien qu'elles appartiennent toutes à la norme DDR. Nous aurons: DDR, DDR2, DDR3 et DDR4

Pour en savoir plus sur le fonctionnement de la RAM, nous vous recommandons notre article:

• Qu'est-ce que la RAM et comment fonctionne-t-elle?

VRM

Acronyme de Voltage Regulator Module. Ils sont un ensemble de composants qui transforment le courant électrique qui atteint la carte mère en tensions de différentes valeurs et courants afin qu'ils soient utilisés par les autres composants installés dessus. Ce composant, bien qu'il ne soit pas particulièrement accrocheur, est essentiel pour le bon fonctionnement des composants et pour éviter leur casse.

Pour en savoir plus sur ces composants, visitez notre article:

Emplacements d'extension

Ce seront les emplacements qui auront la fonctionnalité d' étendre le matériel installé dans nos équipements. Vous pouvez y installer des cartes graphiques, des disques durs, des cartes réseau, des cartes son, etc.

Ces emplacements sont actuellement appelés PCI-Express ou PCI-E et remplacent le PCI traditionnel. Chaque logement d'extension PCI-E comporte 1, 2, 4, 8, 16 ou 32 liaisons de données entre la carte mère et les cartes connectées. Nous codons ce nombre de liens sous la forme d'un préfixe x, par exemple, x1 pour un lien unique ou unitaire et x16 pour une carte à 16 liens, qui sont utilisés pour les cartes graphiques. Chacun de ces liens donne une vitesse de 250 Mo / s.

Si nous avons 32 liaisons, elles donneront la bande passante maximale, soit 8 Go / s dans chaque direction pour PCIE 1.1. Le plus couramment utilisé est le PCI-E x16 qui fournit une bande passante de 4 Go / s (250 Mo / sx 16) dans chaque direction. Un lien unique est environ deux fois plus rapide qu'un lien PCI normal. 8 liaisons ont une bande passante comparable à la version la plus rapide du bus AGP, qui sont les anciens emplacements pour cartes graphiques.

BIOS

Le BIOS ou système d'entrée-sortie de base est une mémoire ROM, EPROM ou Flash-RAM qui contient des informations sur la configuration de la carte mère au niveau le plus bas.

À l'intérieur du BIOS, il y a aussi une puce de mémoire appelée CMOS, avec le programme qu'il stocke à l'intérieur, il est capable d'initialiser tous les composants physiques de la carte afin de démarrer l'ordinateur. En outre, il est chargé de les vérifier pour les erreurs ou l'absence de périphériques, par exemple, le manque de RAM, de CPU ou de disque dur.

La mémoire du BIOS est alimentée en permanence par une batterie. De cette façon, lorsque la machine est éteinte, les données et les paramètres configurés dans l'ordinateur ne sont pas perdus. Si dans tous les cas, cette batterie est épuisée ou si nous la supprimons, les informations du BIOS sont réinitialisées aux valeurs par défaut, mais elles ne sont jamais perdues.

Carte son et carte réseau

Ce sont les puces en charge du traitement du son multimédia de nos équipements et de la connexion réseau. Ses puces sont situées à proximité des ports de sortie de la carte mère et nous pouvons l'identifier à de nombreuses reprises par sa particularité RealTek car c'est le fabricant d'un grand nombre de ces appareils intégrés sur la carte mère.

Connecteurs SATA

Il s'agit de la norme de communication dans les PC d'aujourd'hui pour connecter des disques durs mécaniques et également des SSD. En SATA, un bus série est utilisé au lieu de parallèle pour transmettre les données. Il est beaucoup plus rapide que l'IDE traditionnel et plus efficace. De plus, il permet des connexions à chaud des appareils et dispose de bus beaucoup plus petits et plus faciles à gérer.

Sur une carte mère, nous pouvons avoir jusqu'à 6 ou 10 de ces ports pour installer des disques durs. La norme actuelle se trouve dans SATA 3 qui permet des transferts jusqu'à 600 Mo / s

Pour en savoir plus sur le fonctionnement d'un disque dur, nous vous recommandons l'article suivant:

• Qu'est-ce qu'un disque dur et comment fonctionne-t-il?

Connecteur M.2

Presque toutes les cartes ont déjà installé ce port. M.2 est la nouvelle norme de communication destinée à remplacer la connexion des disques SSD SATA à moyen et court terme. Il utilise les protocoles de communication SATA et NVMe. M.2 est exclusivement destiné à l'installation d'unités de stockage de cette façon, nous évitons d'occuper les emplacements PCI-E. Cette norme n'a pas la vitesse de PCI-E mais est beaucoup plus élevée que SATA.

Pour en savoir plus sur le fonctionnement d'un SSD, nous recommandons l'article suivant:

• Qu'est-ce qu'un SSD et comment fonctionne-t-il?

Connecteurs d'alimentation

La carte mère doit se connecter à une source d'alimentation et pour cela, elle dispose de différents types de connecteurs d'alimentation.

ATX

C'est le connecteur traditionnel qui alimente la carte mère dans la plupart de ses composants. Il est composé de 24 câbles ou broches et est normalement situé sur le côté droit de celui-ci, à côté des emplacements de RAM.

Puissance CPU

En plus du connecteur ATX2, presque toutes les nouvelles cartes mères, au moins l'ATX, ont également ce type de connecteur destiné exclusivement à alimenter le processeur. Ces types d'alimentations contribuent à augmenter l'alimentation de la carte mère, en particulier dans les cas de processeurs overclockés qui ont besoin de plus d'énergie pour la consommation.

Nous pouvons trouver un connecteur CPU à 4 broches (plus ancien), l'un des 8 ou l'une des 4 + 6 broches. Ses fonctions seront pratiquement les mêmes, et tout cela va avec une tension de 12V.

Connecteurs externes

Ces connecteurs seront situés sur un côté de la carte mère, presque toujours sur la gauche. Vous serez en charge de connecter les périphériques que nous avons dans notre configuration, par exemple, les imprimantes, les souris, les claviers, les haut-parleurs, les unités de stockage, etc. On peut distinguer les types suivants:

• PS / 2: Il existe deux ports de ce type, déjà pratiquement inutilisés. Ils ont 6 broches et sont destinés à connecter le clavier et la souris. Pratiquement aucun clavier n'a ce type de connecteur, ils sont donc déplacés et remplacés par USB USB (Universal Serial Bus): c'est la norme de connexion série la plus utilisée dans le monde. Ce connecteur est plug and play, nous pouvons donc connecter un périphérique à chaud afin que le système d'exploitation le reconnaisse immédiatement. En plus de l'échange de données, il permet également l'alignement périphérique, ce qui le rend très pratique et polyvalent. Il existe actuellement quatre versions de ce port, USB 1.1 avec une vitesse de 12 Mb / s, USB 2.0 avec 480 Mb / s, USB 3.0 avec 4, 8 Gb / s et USB 3.1 avec 10 Gb / s FireWire: C'est une norme similaire à USB, mais principalement utilisé en Amérique. Ils ont pratiquement les mêmes fonctionnalités que l'USB et il a 4 versions, la plus rapide étant la FireWire s3200 avec 3, 2 Gb / s HDMI ou DisplayPort: Ces ports existeront si la carte mère a une carte graphique intégrée. Il s'agit d'une norme de communication multimédia numérique qui permet de connecter des appareils vidéo haute définition. Les signaux vidéo et audio transitent par ces ports, ce qui les rend particulièrement utiles. Actuellement, ils ont pratiquement complètement remplacé le port VGA DVI et VGA: ports pour connecter l'écran Ethernet du prédécesseur HDMI : port pour la prise Internet RJ 45 3.5 " connecteur : connecteur pour les périphériques d'entrée ou de sortie audio

Autres éléments

• Ports internes pour USB: des connecteurs sont disponibles en bas de la carte mère pour étendre les ports USB de nos équipements. Les ports USB disponibles sur le châssis seront normalement connectés. Ports de son internes: comme pour l'USB, la carte dispose d'un port interne pour connecter le microphone et les haut-parleurs à partir des ports disposés dans le châssis. Horloges: pour synchroniser tous les composants internes, une série d'horloges fonctionnant à différentes fréquences est nécessaire, en fonction des besoins de chaque composant. Connecteurs de ventilateur: il s'agit de connecteurs 12V destinés à insérer des ventilateurs tels que les ventilateurs du processeur ou du châssis. Ils ont 4 broches. Panneau de démarrage: il s'agit d'une série de connecteurs d'alimentation où les boutons du châssis sont connectés, qui sont responsables du démarrage et de la réinitialisation du système. Le disque dur et les voyants d'alimentation seront également connectés.

Utilisation d'une carte mère

Le fonctionnement d'une carte mère est assez complexe, en raison du grand nombre d'éléments installés sur celle-ci et du nombre de bus destinés à l'échange d'informations. Schématiquement, nous pouvons le représenter de la manière suivante:

Dans ce schéma, on peut distinguer les principaux éléments qui interviennent dans le fonctionnement et la gestion, et prendre comme référence le processus de démarrage d'un ordinateur:

La première chose qu'une carte mère doit faire avant de charger le système d'exploitation à partir du disque dur est d'initialiser les composants. Le programme situé dans le BIOS est en charge de vérifier tous les périphériques qui y sont connectés: CPU, RAM et disques durs de manière basique. Si l'un d'eux est manquant, cassé ou détecte d'autres anomalies, la carte mère émettra un code d'erreur traduit par des bips sonores ou également au moyen d'un code dans un panneau LED situé dessus.

Une fois l'étape de vérification terminée, le bus interne est chargé avec les informations des unités de stockage. Ici interviennent le pont sud (s'il existe) et le pont nord.

Après avoir demandé les informations des disques durs, des périphériques d'entrée / sortie et d'autres composants, le pont nord est responsable de la connexion du processeur avec la RAM. Cela se fait via le bus avant ou le bus frontal (FSB). Cela consistera en 64 threads ou 64 + 64 en cas de mise en œuvre de la technologie double canal.

Dans tous les cas, les données du système d'exploitation chargées en mémoire seront déjà trouvées pour démarrer l'ordinateur.

Simultanément, le pont nord enverra les signaux graphiques à la carte graphique, installée dans un slot CPI-E x16 directement géré par celle-ci. Ou dans votre cas, il se connectera à la carte graphique installée sur la carte mère elle-même. Cela se fait par le bus FSB.

Dans tous les cas, l'ordinateur démarrera et l'échange de données pour le traitement sera géré par les éléments connectés au bus et au chipset.

Conclusion finale et attentes sur ce qu'est une carte mère

Si une chose est devenue claire pour nous, c'est qu'il est de plus en plus difficile d'expliquer le fonctionnement des composants d'un ordinateur de manière simplifiée. La technologie progresse à un rythme incroyable et les éléments deviennent plus complexes et plus fonctionnels et complexes.

Au rythme où nous allons, il est possible que la barrière des 5 nm soit atteinte en très peu de temps et nous verrons bien que les grandes entreprises s'ingénient à aller plus loin.

Pour notre part, nous nous réjouissons de ces avancées, des équipements de plus en plus rapides, plus complexes et à un prix soutenu si l'on se dirige vers des composants milieu de gamme qui sont également très bons.

Nous recommandons également notre article sur les processeurs quantiques

• Qu'est-ce qu'un processeur quantique et comment fonctionne-t-il?

Nous espérons qu'avec cet article, vous en saurez plus sur les composants d'une carte mère et son fonctionnement de base. Pour tout doute, clarification ou erreur, n'hésitez pas à nous le signaler.