Que vous possédiez un ordinateur portable (laptop) ou un ordinateur fixe (desktop), on retrouve globalement les mêmes grandes fonctions : un processeur pour effectuer les calculs, de la mémoire pour travailler, du stockage pour conserver les données, des circuits pour communiquer avec les autres composants et des dispositifs permettant de communiquer avec l'extérieur. La différence est surtout dans la manière dont ces éléments sont assemblés. Dans un PC fixe, les composants sont généralement séparés et facilement accessibles. Dans un ordinateur portable, ils sont beaucoup plus compacts et certains sont directement soudés à la carte mère.

Voyons les principaux organes de notre ordinateur. Attention!, les photos présentées ici sont celles de composants de PC fixe parce que plus distinctement visibles.

La carte mère : le squelette de l'ordinateur

La carte mère (motherboard) est le principal circuit imprimé de l'ordinateur. C'est elle qui permet aux différents composants de communiquer entre eux.Elle accueille ou relie notamment :

  • le processeur
  • la mémoire vive
  • le stockage
  • éventuellement la carte graphique
  • les contrôleurs réseau et audio
  • les ports USB
  • les connecteurs vidéo
  • les connecteurs SATA et M.2
  • les différents circuits de gestion de l'alimentation
  • le firmware UEFI

Elle comporte également des emplacements d'extension, notamment les ports PCI Express (PCIe), qui permettent d'ajouter certaines cartes ou certains composants. Les cartes mères modernes intègrent de plus en plus de fonctions qui nécessitaient autrefois des cartes d'extension séparées. Ainsi, sur un PC courant, vous n'avez généralement pas besoin d'une carte son ou d'une carte réseau séparée : ces fonctions sont directement intégrées à la carte mère. La carte mère peut être comparée au réseau routier d'une ville : les composants sont les différents quartiers et les circuits de la carte mère constituent les voies qui permettent aux informations de circuler. Les cartes mères modernes comportent notamment des emplacements DIMM pour la RAM, des connecteurs M.2 pour les SSD et des ports PCIe pour les cartes d'extension.

Le BIOS et l'UEFI : le logiciel qui démarre l'ordinateur

Le BIOS signifie Basic Input/Output System.

Mais sur les ordinateurs modernes, il est plus exact de parler de UEFI, pour Unified Extensible Firmware Interface. L'UEFI est un firmware, c'est-à-dire un logiciel très particulier enregistré dans une mémoire de la carte mère. Il intervient avant le démarrage de Windows, Linux ou macOS.

Son rôle est notamment de :

  • initialiser le matériel
  • détecter certains composants
  • vérifier que les éléments essentiels sont disponibles
  • configurer certains paramètres matériels
  • sélectionner le périphérique à partir duquel démarrer
  • lancer le système d'exploitation.

L'UEFI permet également de configurer de nombreux paramètres : ordre de démarrage, sécurité, virtualisation, gestion de certains composants, etc.

Il prend notamment en charge des mécanismes modernes de sécurité comme Secure Boot.

Et la petite pile bouton ?

Vous trouverez souvent une petite pile bouton sur la carte mère d'un PC fixe.

Elle sert principalement à maintenir l'horloge temps réel (RTC) et certains paramètres lorsque l'ordinateur est hors tension. Elle ne sert donc pas à « alimenter le BIOS ».

Sur certains ordinateurs portables modernes, la conception peut être différente et la pile peut même prendre une autre forme.

Le processeur : le grand calculateur

Le processeur, ou CPU (Central Processing Unit), est l'un des principaux composants de l'ordinateur.

Il exécute les instructions des programmes et effectue une immense quantité d'opérations. On peut le comparer au cerveau de la machine, même si cette comparaison a ses limites. Un processeur moderne comporte généralement plusieurs cœurs (cores).

Chaque cœur est capable d'exécuter des instructions. Plusieurs cœurs permettent donc de traiter simultanément différentes tâches, sous réserve que les logiciels soient capables d'en tirer parti.

Et les GHz ?

La fréquence du processeur est exprimée en hertz, généralement en gigahertz (GHz).

Attention!, Un processeur à 4 GHz n'est pas nécessairement deux fois plus rapide qu'un processeur à 2 GHz.

Les performances dépendent de nombreux paramètres :

  • architecture du processeur
  • nombre de cœurs
  • nombre de threads
  • fréquence
  • mémoire cache
  • consommation électrique
  • capacité de refroidissement
  • logiciel utilisé

Il ne faut donc plus résumer les performances d'un processeur à son seul nombre de GHz. Les principaux fabricants de processeurs pour PC sont notamment Intel et AMD. Apple développe également ses propres processeurs de la famille Apple Silicon pour ses Mac.

La mémoire vive : la table de travail

La mémoire vive, appelée RAM (Random Access Memory), est la mémoire de travail de l'ordinateur.

Elle conserve temporairement les données et les instructions dont le processeur et les programmes ont besoin. Le patient se repose en chambre (disque dur) mais lorsqu'il est opéré, il est emmené en salle d'opération (mémoire vive) et revient en chambre à l'issue. Tant que vous travaillez sur un fichier, vous êtes dans la mémoire vive. Plus vous disposez de RAM, plus vous pouvez généralement garder simultanément de nombreuses données et applications en mémoire sans avoir à recourir aussi souvent au stockage. La capacité de la RAM est exprimée en Go (gigaoctets). Aujourd'hui, on rencontre notamment de la mémoire DDR4 et DDR5 selon les générations de machines.

Attention!, la mémoire vive est vidée intégralement à l'extinction de l'ordinateur, d'où la nécessité d'enregistrer son travail dans le disque dur. Cependant, dire qu'un fichier « est dans la RAM » pendant toute la durée de son utilisation serait trop simplificateur. Le système d'exploitation charge en mémoire les données et instructions dont il a besoin et peut les déplacer entre RAM, cache et stockage selon les besoins.

Le stockage : HDD, SSD SATA et SSD NVMe

Le stockage est l'endroit où l'ordinateur conserve durablement :

  • le système d'exploitation
  • les logiciels
  • les documents
  • les photographies
  • les vidéos
  • la musique
  • etc.

Contrairement à la RAM, les données restent présentes lorsque l'ordinateur est éteint.

Le disque dur HDD

Le HDD (Hard Disk Drive) est le traditionnel disque dur mécanique.

Il utilise des plateaux magnétiques qui tournent à grande vitesse et une tête de lecture/écriture.

Son principal avantage est son coût relativement faible par gigaoctet, notamment pour les grandes capacités. Son principal défaut est sa mécanique : il est plus lent, plus sensible aux chocs et plus bruyant qu'un SSD.

Le SSD

Le SSD (Solid State Drive) utilise de la mémoire flash et ne comporte pas de pièces mécaniques en mouvement.


Il est donc :

  • beaucoup plus silencieux
  • généralement plus rapide
  • plus résistant aux chocs
  • moins encombrant.

Il existe aujourd'hui plusieurs formes de SSD.

Le SSD 2,5 pouces

Il ressemble extérieurement à un petit disque dur et se connecte généralement en SATA.


Le SSD M.2 NVMe

C'est aujourd'hui une solution très répandue dans les ordinateurs récents. Il se présente sous la forme d'une petite barrette qui se fixe directement sur la carte mère. Il ressemble plus à une barrette de RAM qu'à un disque dur.

Les SSD NVMe utilisent généralement l'interface PCI Express, beaucoup plus rapide que l'ancien SATA.

Il faut cependant retenir une nuance importante :

M.2 désigne un format physique ; NVMe désigne un protocole de communication.

Un SSD M.2 n'est donc pas nécessairement NVMe.

RAM et stockage : deux rôles différents

Imaginez un cuisinier.

Le stockage est le placard dans lequel sont rangés les ingrédients.

La RAM est le plan de travail.

Le processeur est le cuisinier.

Lorsqu'il prépare un plat, il prend les ingrédients dont il a besoin dans les placards et les place sur son plan de travail. Lorsqu'il a terminé, les ingrédients restants retournent dans les placards.

En informatique :

SSD/HDD → stockage permanent

RAM → mémoire de travail temporaire

CPU → exécution des instructions

Cette analogie permet de comprendre pourquoi augmenter la RAM et remplacer un disque dur par un SSD ne produisent pas exactement les mêmes effets.

La carte graphique : produire les images

La carte graphique, ou GPU (Graphics Processing Unit), est chargée de réaliser les calculs nécessaires à l'affichage des images.

Elle est particulièrement importante pour :

  • les jeux vidéo
  • la 3D
  • le montage vidéo
  • certains logiciels professionnels
  • certaines applications d'intelligence artificielle

Une carte graphique dédiée possède généralement :

  • son propre processeur graphique (GPU)
  • sa propre mémoire vidéo (VRAM)
  • un système de refroidissement
  • des sorties vidéo

Carte graphique dédiée ou intégrée ?

C'est une distinction importante.

Dans un PC fixe puissant, on peut installer une carte graphique dédiée dans un emplacement PCIe. Mais de nombreux ordinateurs utilisent simplement un GPU intégré au processeur. Cette solution consomme généralement moins d'énergie et suffit largement pour la bureautique, Internet, la vidéo et de nombreux usages courants.

Comment l'ordinateur communique-t-il avec l'écran ?

Sur un PC fixe, la carte graphique ou la carte mère fournit généralement une ou plusieurs sorties vidéo :

  • HDMI

  • DisplayPort

  • parfois USB-C

  • plus rarement DVI ou VGA sur les machines anciennes, ici DVI, à gauche et VGA, à droite.

HDMI transporte à la fois l'image et le son.

DisplayPort est également très répandu, notamment sur les PC et les écrans informatiques.

Le VGA, analogique, et le DVI, plus ancien, ont largement disparu des ordinateurs récents.

Sur un ordinateur portable, l'écran est généralement relié à la carte mère par une liaison interne. Il n'y a donc évidemment pas de câble HDMI visible entre la carte mère et l'écran.

Le réseau : Ethernet et WiFi

Pour communiquer avec les autres ordinateurs et accéder à Internet, l'ordinateur dispose d'un contrôleur réseau. Deux technologies sont particulièrement courantes.

Ethernet

La connexion filaire utilise généralement un câble Ethernet équipé d'un connecteur RJ45.


Elle présente notamment l'avantage d'être :

  • stable ;
  • rapide ;
  • peu sensible aux obstacles ;
  • généralement plus prévisible que le Wi-Fi.

WiFi

Le Wi-Fi permet une connexion sans fil par ondes radio.

Attention!, les antennes que vous voyez sur la photo ci-dessus sont généralement invisibles. C'est ici une carte WiFI d'Unité Centrale. La carte est particulièrement pratique pour les ordinateurs portables, les smartphones et les tablettes qui ne peuvent avoir de connexion Ethernet. Le WiFi appartient à la famille des normes IEEE 802.11. Les générations récentes comprennent notamment WiFi 6, WiFi 6E et WiFi 7.

Et la sécurité ?

WEP est aujourd'hui obsolète et ne doit plus être utilisé.

Les réseaux WiFi modernes utilisent principalement WPA2 ou WPA3, selon les équipements. Le WiFi n'est pas intrinsèquement moins sécurisé qu'une connexion filaire : sa sécurité dépend notamment du protocole de chiffrement utilisé, de la configuration du réseau et de la qualité de la clé ou du mot de passe.

La carte son

Autrefois, la carte son était souvent une véritable carte d'extension que l'on installait dans le PC.

Aujourd'hui, pour la plupart des ordinateurs, la fonction audio est intégrée à la carte mère.

Elle permet :

  • de produire du son
  • de connecter un casque ou des haut-parleurs
  • d'utiliser un microphone
  • parfois de gérer plusieurs canaux audio

Les prises Jack 3,5 mm restent très répandues, même si les connexions USB et Bluetooth occupent une place croissante.

L'alimentation électrique

Sans électricité, rien ne fonctionne !

Dans un PC fixe, l'alimentation, souvent appelée simplement « alim » ou PSU (Power Supply Unit), transforme le courant alternatif du secteur en différentes tensions continues nécessaires aux composants. Sa puissance est exprimée en watts (W).

Attention!, Une alimentation plus puissante ne rend pas automatiquement l'ordinateur plus performant. Elle doit surtout être suffisamment puissante et de bonne qualité pour alimenter les composants, avec une marge adaptée. Dans un ordinateur portable, l'alimentation externe est généralement un petit bloc secteur.

À l'intérieur du portable se trouve également une batterie rechargeable, qui permet de fonctionner sans être relié directement au secteur.

Le refroidissement : indispensable !

Les composants électroniques consomment de l'énergie et une partie de cette énergie se transforme en chaleur. Le processeur et la carte graphique peuvent notamment produire beaucoup de chaleur.

Il faut donc évacuer cette chaleur.

Dans un PC fixe, on peut trouver :

  • un dissipateur thermique
  • un ventilateur sur le processeur
  • des ventilateurs dans le boîtier
  • des ventilateurs sur la carte graphique
  • éventuellement un système de refroidissement liquide

Dans un ordinateur portable, le refroidissement est beaucoup plus compact. Un ventilateur et un système de caloducs (heat pipes) permettent généralement d'évacuer la chaleur du processeur et éventuellement du GPU. Le refroidissement est essentiel car un composant trop chaud peut réduire automatiquement sa fréquence afin de limiter sa température. On parle alors de thermal throttling.

Le chipset et les contrôleurs

Il existe également sur la carte mère différents circuits chargés de gérer les communications avec les périphériques. Le terme chipset est encore utilisé, mais son rôle a beaucoup évolué. Sur les ordinateurs modernes, certaines fonctions autrefois assurées par plusieurs puces de la carte mère ont été intégrées directement au processeur. Le chipset moderne gère notamment une partie des fonctions d'entrée/sortie et des connexions supplémentaires : USB, stockage, PCIe, etc. Il n'est donc plus vraiment pertinent de présenter le chipset comme « le cerveau de la carte mère ».

Et dans un ordinateur portable ?

Un ordinateur portable contient globalement les mêmes fonctions qu'un PC fixe, mais leur intégration est beaucoup plus poussée et miniaturisée.

On y trouve notamment :

  • une carte mère
  • un processeur
  • de la RAM
  • un SSD
  • un GPU intégré ou dédié
  • un contrôleur WiFi/Bluetooth
  • une batterie
  • un écran
  • un clavier
  • un pavé tactile
  • des haut-parleurs
  • une webcam
  • un système de refroidissement
  • des ports USB, vidéo et éventuellement Ethernet.

La miniaturisation est telle que certains composants, notamment le processeur, le GPU et parfois la mémoire vive, peuvent être soudés directement à la carte mère. Cela rend l'ordinateur plus compact et permet souvent de réduire la consommation électrique, mais cela peut aussi rendre certaines réparations ou évolutions impossibles.

Une architecture de plus en plus intégrée

Il faut enfin abandonner une vision trop ancienne de l'ordinateur dans laquelle chaque fonction correspond obligatoirement à une carte différente. Aujourd'hui, beaucoup de fonctions sont regroupées dans quelques composants. Par exemple, un ordinateur portable peut avoir :

un seul processeur qui contient :

  • plusieurs cœurs CPU
  • un contrôleur mémoire
  • un GPU intégré
  • différents contrôleurs d'entrées/sorties.

C'est ce que l'on appelle souvent un SoC (System on a Chip) lorsque l'intégration est particulièrement poussée. Cette intégration est notamment très visible dans les processeurs Apple Silicon, mais elle existe également sous différentes formes chez d'autres fabricants.

Comment tous ces composants travaillent-ils ensemble ?

Prenons un exemple très simple. Vous ouvrez une photographie enregistrée sur votre SSD.

1. Le système d'exploitation demande au stockage de lire le fichier

2. Les données sont transférées vers la mémoire vive

3. Le processeur exécute les instructions nécessaires au fonctionnement du logiciel de visionnage de photos

4. Le GPU participe au traitement et à l'affichage de l'image

5. Le signal vidéo est envoyé vers l'écran

6. La carte mère et ses différents contrôleurs assurent les communications entre les composants

Tout cela se produit en une fraction de seconde.