Carte mère

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Carte mère

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Une carte mère avec à gauche, en blanc, le support (socket en anglais) du microprocesseur, en bleu, deux connecteurs mémoire, à droite, les connecteurs pour les cartes d'extension (aussi appelées cartes filles)

Caractéristiques

Description[modifier | modifier le code]

La carte mère (motherboard ou mainboard en anglais) est le cœur de tout ordinateur. Elle est essentiellement composée de circuits imprimés et de ports de connexion, par le biais desquels elle assure la connexion de tous les composants et périphériques propres à un micro-ordinateur (disques durs, mémoire vive, microprocesseur, cartes filles,...) afin qu'ils puissent être reconnus et configurés par la carte lors du démarrage.

Organisation générale[modifier | modifier le code]

Depuis sa création, la carte mère s'est sans cesse enrichie de nombreuses fonctionnalités. Parmi celles-ci, on peut notamment citer :

  • Le contrôleur USB (qui permet de gérer l'USB classique et l'USB 3.0)
  • Le contrôleur Ethernet (qui permet de gérer le réseau câblé (ethernet))
  • La puce audio (qui permet de gérer le son)
  • Et bien d'autres...

Ces fonctionnalités, qui n'étaient disponibles que par le biais de cartes d'extension auparavant, se retrouvent aujourd'hui sur la majorité des cartes mères. Néanmoins, certaines d'entre elles embarquent des fonctionnalités supplémentaires (comme une carte Wi-Fi par exemple). On peut donc dire que toutes les cartes mères du marché se distinguent par les fonctionnalités qu'elles proposent.

Pour faire cohabiter et fonctionner tous ces composants, la carte mère utilise un circuit spécifique appelé Chipset. Celui-ci se divise en deux parties distinctes :

  • Le northbridge, pour les périphériques "rapides" (mémoire, PCI-express, etc... Cette puce n'existe plus depuis 2011[1].)
  • Le southbridge pour les périphériques « lents » (PCI, disques durs et SSD… Il ne sert que de contrôleur de stockage USB/SATA depuis 2011[1].)

Ce circuit a pour rôle principal de contrôler les composants que le processeur ne peut pas contrôler lui-même. Toutefois, il a tendance à disparaître de nos jours car il est directement intégré aux processeurs modernes.

Lors du démarrage, la carte mère a besoin de savoir quels périphériques lui sont connectés. Pour effectuer cette tâche, elle dispose d'un firmware appelé BIOS (Basic Input Output System en anglais). Ce dernier, qui est contenu dans une puce de mémoire ROM (pour les cartes les plus anciennes) ou EPROM (pour les plus récentes) soudée à même la carte mère, se lance automatiquement lorsque la carte est mise sous tension (autrement dit, lorsque l'utilisateur allume son ordinateur). Le BIOS configure chaque périphérique connecté à la carte (Mémoire Vive, Disques durs, Cartes d'extension,...) selon les instructions contenues dans le Master Boot Record, puis il lance le système d'exploitation contenu dans un périphérique de stockage de masse (qui peut être un disque dur, un SSD ou encore une clé USB (dans le cas d'un Live USB par exemple)). Si un périphérique n'est pas présent ou ne peut pas être configuré, la carte émet des signaux sonores qui permettent d'informer l'utilisateur de la panne (ces signaux sont comme une sorte de code morse propre à chaque carte. Leur signification est précisée dans le manuel de la carte).

Structure[modifier | modifier le code]

Voici une liste non exhaustive des éléments principaux présents sur une carte mère, ainsi que leur utilité :

Les connecteurs électriques[modifier | modifier le code]

Connecteur IDE (bleu) surmonté d'un connecteur ATX 24 pins (blanc)

Ces connecteurs permettent d'acheminer le courant électrique du bloc d'alimentation vers la carte mère. Chaque carte en compte deux :

  • Le connecteur ATX 24 pins : C'est l'alimentation principale de la carte. Comme son nom l'indique, cette prise compte 24 broches qui permettent d'acheminer les différentes tensions d'alimentation vers la carte. En effet, tous les composants d'une carte mère ne fonctionnent pas à la même tension. C'est pourquoi l'alimentation délivre trois tensions différentes : +12V, +5V et +3,3V[2].
  • Le connecteur CPU 4 pins : Ce connecteur de forme carrée compte seulement quatre broches. Il permet d'assurer l'alimentation électrique du processeur. Il délivre une tension de +12V[2].

Le socket processeur[modifier | modifier le code]

Le support processeur (socket en anglais) peut être considéré comme le support du processeur. Si il est dit "libre" (ZIF, Zero Insertion Force en anglais) il permet d'insérer et de retirer le processeur simplement en soulevant le levier présent sur son côté afin de débloquer le socket aisément et installer ou retirer le processeur. Ce système présent sur toutes les cartes mères récentes permet une grande modularité puisque l'on peut y installer, en théorie, n'importe quel processeur. En pratique, certaines contraintes s'imposent, à savoir :

  • La marque du processeur : Aujourd'hui, les deux principaux constructeurs de processeurs sont Intel et AMD. Ces deux entreprises utilisent chacune un type de processeur différent de par ses caractéristiques physiques. Chez AMD, les processeurs sont couverts de petites broches de connexion sur leur face inférieure et le socket correspondant est percé de trous dans lesquels vient s' enficher le processeur. Intel utilise la technique inverse, c'est-à-dire que les broches de connexion se trouvent sur le socket alors que la surface inférieure du processeur est couverte de petites surfaces de contact.
  • La génération du processeur : chaque nouvelle génération de processeur (que ce soit chez Intel et AMD) utilise un socket légèrement différent (de par le placement des broches de connexion). De ce fait, chaque nouvelle génération n'est pas rétrocompatible avec la précédente ce qui oblige l'utilisateur à changer de carte mère lorsqu'il veut installer un processeur d'une génération non compatible avec le carte mère.

Les slots mémoire[modifier | modifier le code]

Slots de connexion pour la mémoire vive (en noir et jaune)

Disposés à côté du socket processeur, les connecteurs mémoire (slots en anglais) se trouvent au nombre de deux, quatre, six ou plus rarement huit. De forme longiligne, ils se distinguent des autres connecteurs par la présence de deux ergots de sécurité à leurs deux extrémités. Il permettent de connecter les barrettes de mémoire vive sur la carte mère.

Les slots d'extension[modifier | modifier le code]

Situés vers le bas de la carte mère, ces gros connecteurs servent à connecter les cartes d'extension sur la carte mère, afin de lui rajouter de nouvelles fonctionnalités. On retrouve plusieurs types d'interfaces permettant de connecter des cartes d'extension :

  • Le bus ISA (Industry Standard Architecture) : Créé à la base par IBM, ce fut le tout premier bus informatique interne utilisé pour la connexion de cartes d'extension. Il a disparu des cartes mères depuis les années 1994 au profit d'un bus plus compact (d'un point de vue physique) et aussi plus rapide : le PCI
  • Le bus PCI (Peripheral Component Interconnect) : Apparu en 1994, c'est le descendant du bus ISA. Il est toujours présent aujourd'hui mais dans une version plus rapide et compacte : le bus PCI Express.
  • Le bus AGP (Accelerated Graphics Port) : Lancé en 1997 par Intel, c'était un bus réservé aux cartes graphiques, créé afin de s'affranchir du bus PCI que le fondeur jugeait trop lent pour l'affichage en 3D. Il n'est aujourd'hui plus présent sur nos cartes mères et a été remplacé par le bus PCI Express, plus rapide et plus apte à supporter les cartes graphiques (bien qu'il supporte tous types de cartes compatibles).

Les connecteurs de stockage[modifier | modifier le code]

Connecteur Floppy

Les connecteurs de stockage sont des connecteurs spécifiques présents sur toutes les cartes mères, permettant de lui adjoindre des périphériques de stockage de masse (disque dur, lecteur de disque optique, disque SSD). On en trouve trois types :

  • Le connecteur Floppy : le connecteur Floppy permet de connecter un lecteur de disquettes 3.5 pouces à la carte mère. C'est une interface assez ancienne que l'on ne trouve plus sur les cartes actuelles. Néanmoins, il existe des lecteurs de disquettes qui peuvent se raccorder à l'ordinateur en USB.
Connecteurs SATA
  • Les connecteurs IDE (aussi apellé PATA pour Parallel ATA): Ces connecteurs, qui sont plus longs que les connecteurs floppy (même si ils leur ressemblent au premier abord), permettent de connecter deux types de périphériques : les disques durs IDE et les lecteurs/graveurs de disques optiques IDE. Cette interface créé en 1986 a été remplacée par le SATA, plus petit et plus rapide.
  • Les connecteurs SATA (pour Serial ATA) : Ces connecteurs permettent de connecter trois types de périphériques : les disques durs SATA, les disques SSD et les lecteurs/graveurs de disques optiques/Blu-Ray SATA. Cette interface créé en 2003 est toujours présente aujourd'hui. Elle est actuellement en version trois.

Le Panneau d'entrées/sorties[modifier | modifier le code]

Panneau d'entrées/sorties d'une carte mère

Le panneau d'entrées/sorties (aussi appelé I/O Panel (Input/Output Panel) en anglais) est une interface qui regroupe tous les connecteurs d'entrée/sortie. Ces connecteurs, qui respectent la norme PC 99, 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 :

  • Les ports USB (Universal Serial Bus) permettent de connecter la quasi totalité du matériel récent (clés USB, imprimantes,...). La norme USB est apparue en 1996 et est toujours présente aujourd'hui (la version 3.1 ne devrait pas tarder à arriver sur le marché à l'heure où vous lirez ces lignes).
  • Le connecteur RJ45 qui permet de connecter l'ordinateur à un réseau informatique.
  • Le connecteur VGA (Video Graphics Array) : C'est un connecteur vidéo analogique qui permet de relier un écran à l'ordinateur. Ce connecteur est relié à l'IGP (Integrated Graphics Processor) du processeur (qui est une sorte de petite carte graphique intégrée au processeur. Tous les processeurs modernes en ont un).
  • Le connecteur DVI (Digital Visual Interface) : C'est un connecteur vidéo numérique qui permet de relier un écran à l'ordinateur. Il est lui aussi relié à l'IGP du processeur.
  • Le connecteur HDMI : C'est un connecteur qui gère l'audio et la vidéo en haute définition. Il permet de connecter un écran Haute Définition à l'ordinateur.
  • Le connecteur DisplayPort : C'est un connecteur qui gère l'audio et la vidéo en haute définition (comme l'HDMI). Il permet de connecter un écran Haute Définition à l'ordinateur.
  • Les connecteurs audio analogiques : Ce sont les petits connecteurs jack 3.5 mm multicolores présents sur le bord du panneau. Ils permettent de relier un système audio à l'ordinateur (comme un kit d'enceintes ou un casque audio) ou un microphone.
  • Les connecteurs audio numériques (SPDIF) : Ces connecteurs permettent de relier un système audio à l'ordinateur.
  • Le connecteur Firewire IEEE1394 : C'est un connecteur qui permet de relier certains périphériques à l'ordinateur (disques durs externes, caméscopes,...).

Les fabricants[modifier | modifier le code]

A l'heure actuelle, six fabricants se partagent le marché des cartes mères :

Carte multiprocesseur[modifier | modifier le code]

Une carte mère équipée de deux processeurs

Une carte multiprocesseur (comme son nom l'indique) peut accueillir plusieurs processeurs physiquement distincts (généralement 2 voire quatre, rarement plus). Ces cartes relativement onéreuses sont principalement utilisées dans les architectures serveur ou les Superordinateurs. En effet, la présence de deux processeurs permet de doubler la puissance de calcul de la machine. Pour gérer deux processeurs ensembles, deux techniques existent :

  • La gestion asymétrique : avec cette méthode, chaque processeur se voit attribuer une tâche différente. Cela permet de confier une tâche à un processeur alors que le second est occupé à autre chose.
  • La gestion symétrique : avec cette méthode, chaque tâche est répartie également sur chaque processeur (c'est-à-dire que chaque processeur se charge d'une moitié de la tâche)

Le système d'exploitation Linux depuis sa version 2.6 permet la gestion symétrique de deux processeurs.

Les différents formats de carte mère[modifier | modifier le code]

Article connexe : Facteur de forme.

Au fur et à mesure de l'évolution de l'informatique, plusieurs formats standardisés de carte mère ont vu le jour. Voici les principaux :

  • 1984 AT : 305 × 305 mm (IBM)
    • Baby AT  : 216 × 330 mm
  • 1995 ATX : 305 × 244 mm (Intel)
    • MicroATX : 244 × 244 mm
    • FlexATX  : 229 × 191 mm
    • MiniATX  : 284 × 208 mm
  • 2001 ITX : 215 × 195 mm (VIA)
    • MiniITX  : 170 × 170 mm
    • NanoITX  : 120 × 120 mm
    • PicoITX  : 100 × 72 mm
  • 2005 BTX : 325 × 267 mm (Intel)
    • MicroBTX : 264 × 267 mm
    • PicoBTX  : 203 × 267 mm
  • 2007 DTX : 248 × 203 mm (AMD)
    • mini-DTX : 170 × 203 mm
  • 2009 ITX
    • mini-ITX : 170 × 170 mm

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b Samuel Demeulmeester, « Cartes mères : faut-il encore s'en préoccuper ? », Canard PC Hardware, no 17,‎ Juillet - Août 2013, p. 66 - 67 (ISSN 2264-4202)
  2. a et b Thomas Olivaux, « Electronique, Electricité le rôle de chaque composant dans nos PC », Hardware Magazine, no 71,‎ Juin - Juillet 2014, p. 105, 106 et 107

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

(fr) Intel (fr) Asus (fr+en) Asrock (fr) MSI (fr) AMD (fr+en) EVGA (fr) Gigabyte