Les composants d'un ordinateur et son architecture

Un ordinateur est une machine qui exécute des programmes : un processeur lit des instructions et des données dans la mémoire, les traite, puis envoie les résultats vers la mémoire ou vers les périphériques. Ses composants principaux sont la carte mère, le processeur, la mémoire vive, le stockage, la carte graphique et l'alimentation. Ce chapitre explique le rôle de chacun, la manière dont ils communiquent, et comment lire leurs caractéristiques sur une fiche technique.

L'architecture de von Neumann

Presque tous les ordinateurs actuels suivent le modèle décrit par John von Neumann en 1945 : un processeur, une mémoire qui contient à la fois les programmes et les données, et des entrées-sorties, reliés par des bus. Le processeur répète sans fin le même cycle : il va chercher une instruction en mémoire, la décode, l'exécute, puis passe à la suivante.

Ce modèle explique une limite que tu croiseras souvent : le processeur va beaucoup plus vite que la mémoire. S'il devait attendre la RAM à chaque instruction, il passerait son temps à ne rien faire. D'où les caches, de petites mémoires très rapides placées dans le processeur, et la hiérarchie des mémoires plus bas dans ce chapitre.

La carte mère

La carte mère est le circuit imprimé principal : tous les autres composants s'y branchent, directement ou par un câble. Elle fixe ce que tu pourras installer : quel processeur, quel type de mémoire, combien de disques, quelles cartes d'extension.

Les éléments à savoir repérer :

• Le socket : le support du processeur. Il dépend du fabricant et de la génération : LGA 1851 pour les Intel Core Ultra de bureau de série 2, AM5 pour les AMD Ryzen 7000 à 9000. Un processeur ne rentre que dans le socket prévu pour lui.
• Le chipset : une puce qui ajoute des ports au processeur (SATA, USB, réseau, lignes PCI Express supplémentaires). Il porte un nom (Intel B860, AMD B650…) qui dit ce que la carte permet, par exemple l'overclocking ou le nombre de ports USB rapides.
• Les emplacements mémoire : deux ou quatre sur un PC de bureau, de couleur alternée. Ils acceptent un seul type de mémoire : une carte DDR5 refuse physiquement une barrette DDR4, l'encoche n'est pas au même endroit.
• Les emplacements M.2 : des connecteurs pour SSD au format barrette, le plus souvent en NVMe sur PCI Express.
• Les emplacements PCI Express : pour la carte graphique (en x16) et les cartes d'extension (réseau, capture, contrôleur).
• Les connecteurs SATA : pour les disques durs et SSD de 2,5 et 3,5 pouces, et les lecteurs optiques.
• Les connecteurs d'alimentation : 24 broches pour la carte, 8 broches (parfois 8 + 4) pour le processeur.
• Le connecteur de façade : quelques broches pour le bouton marche, le bouton reset, les voyants d'activité. Pour un voyant (une LED), le sens compte : + et − sont marqués sur la carte. Pour un bouton, le sens est indifférent.
• La puce du micrologiciel et la pile bouton (CR2032) : le micrologiciel UEFI démarre la machine (chapitre 2), la pile garde l'horloge à l'heure quand le PC est débranché.

Le format de la carte détermine sa taille et la taille du boîtier :

Les PC d'entreprise des grandes marques (Dell OptiPlex, HP Elite, Lenovo ThinkCentre) existent en tour, en format compact (SFF, small form factor) et en micro-PC qui tient derrière l'écran. Leur carte mère est souvent propriétaire : elle ressemble à une Micro-ATX mais ne rentre que dans le boîtier du fabricant.

Le processeur

Le processeur (CPU, Central Processing Unit) exécute les instructions des programmes. C'est lui qui fait tourner le système, les logiciels, et qui calcule. Sur un portable ou un smartphone, il est le plus souvent intégré dans un SoC (System on a Chip) qui regroupe sur une même puce les cœurs, la partie graphique, le contrôleur mémoire et des accélérateurs.

Lire une référence de processeur. Les fabricants codent la gamme, la génération et l'usage dans le nom :

Les processeurs ARM de Qualcomm (Snapdragon X) équipent aussi des portables Windows 11 depuis 2024. Ils offrent une très bonne autonomie, mais un logiciel prévu pour x86-64 y tourne par émulation : vérifie que les logiciels métier et les pilotes (VPN, imprimantes, lecteurs de cartes) existent en ARM64 avant d'en acheter pour un parc.

La mémoire vive et la mémoire morte

La mémoire vive (RAM, Random Access Memory) contient les programmes en cours d'exécution et leurs données. Elle est rapide mais volatile : son contenu disparaît quand le courant est coupé. La mémoire morte (ROM, Read-Only Memory) garde son contenu sans courant ; aujourd'hui c'est de la mémoire flash réinscriptible, qui contient le micrologiciel UEFI de la carte mère ou le firmware d'un SSD.

Le stockage (SSD, disque dur) n'est ni de la RAM ni de la ROM au sens strict : c'est une mémoire de masse, non volatile, beaucoup plus grande et plus lente que la RAM. Quand la RAM est pleine, le système déplace une partie de son contenu vers le stockage (le fichier d'échange de Windows, la partition ou le fichier swap de Linux) : la machine continue de fonctionner, mais elle ralentit nettement.

Lire une barrette de RAM. Une étiquette du type « 16 Go DDR5-5600 CL46 » se lit ainsi :

• 16 Go : la capacité de la barrette.
• DDR5 : la génération. La DDR4 domine les PC de 2017 à 2021, la DDR5 les PC récents. Elles ne sont pas compatibles entre elles.
• 5600 : le nombre de transferts par seconde, en millions (MT/s). On lit souvent « 5600 MHz », par abus de langage.
• CL46 : la latence, en cycles : plus c'est bas à fréquence égale, plus la mémoire répond vite.
• Sur un portable, le format est le SO-DIMM, plus court. Sur beaucoup de portables fins, la mémoire est soudée à la carte mère (LPDDR5X) : impossible d'en ajouter. Vérifie-le avant l'achat, surtout pour un parc que tu garderas cinq ans.

Deux barrettes identiques installées dans les bons emplacements fonctionnent en double canal (dual channel) : le processeur lit les deux en parallèle, ce qui double le débit. Le manuel de la carte mère indique les emplacements à utiliser en premier (souvent le 2e et le 4e en partant du processeur). Les serveurs utilisent de la mémoire ECC (Error-Correcting Code), qui détecte et corrige les erreurs de bit (chapitre 3).

Le stockage : disque dur, SSD SATA et SSD NVMe

Le stockage garde le système, les logiciels et les fichiers quand l'ordinateur est éteint. Trois technologies coexistent :

Un PC qui démarre en deux minutes et met dix secondes à ouvrir un logiciel a très souvent un disque dur comme disque système. Remplacer ce disque par un SSD est l'amélioration la plus rentable qui existe pour un vieux poste : c'est souvent elle qui permet de le garder deux ou trois ans de plus.

Deux chiffres de la fiche technique d'un SSD méritent ton attention :

• L'endurance, en TBW (terabytes written) : la quantité totale de données qu'on peut écrire avant que le fabricant ne garantisse plus la mémoire flash. Un SSD grand public de 1 To annonce typiquement 600 TBW.
• La présence d'une mémoire cache DRAM : les SSD sans DRAM sont moins chers, et suffisent pour un poste de bureautique ; ils ralentissent sous de longues écritures.

La carte graphique

La carte graphique (GPU, Graphics Processing Unit) calcule l'image envoyée à l'écran. Elle est soit intégrée au processeur (iGPU), soit dédiée : une carte d'extension avec sa propre mémoire (la VRAM), branchée sur l'emplacement PCI Express x16. En entreprise, la partie graphique intégrée suffit à la très grande majorité des postes, y compris avec deux ou trois écrans. Une carte dédiée se justifie pour la CAO, le montage vidéo, la 3D, certains calculs d'IA, et le jeu.

Pour savoir ce qu'a un poste sans l'ouvrir : sous Windows, le Gestionnaire des tâches (onglet Performance, rubrique GPU) ou la commande dxdiag ; sous Linux, lspci | grep -i vga. Physiquement, une carte dédiée se voit tout de suite : l'écran est branché sur une sortie située plus bas, sur une plaque horizontale, et non sur le panneau de ports de la carte mère.

L'alimentation et le refroidissement

Le bloc d'alimentation transforme le 230 V alternatif du secteur en tensions continues basses (12 V, 5 V et 3,3 V) pour les composants. Sur sa fiche, trois informations :

• La puissance en watts. Additionne la consommation maximale des composants (processeur, carte graphique, disques, ventilateurs) et ajoute une marge de 30 à 50 %. Un PC de bureautique consomme moins de 100 W en charge ; une alimentation de 300 à 400 W est largement suffisante. Une station avec une carte graphique de 300 W demande 750 W ou plus.
• Le rendement, garanti par la certification 80 PLUS (Bronze, Silver, Gold, Platinum, Titanium) : une alimentation 80 PLUS Gold perd moins d'énergie en chaleur qu'une Bronze.
• Les connecteurs : 24 broches pour la carte mère, 8 broches pour le processeur, connecteurs PCIe (dont le 12V-2x6 des cartes graphiques récentes) et SATA.

Un portable reçoit du courant continu par son adaptateur secteur, de plus en plus souvent par un port USB-C avec la norme USB Power Delivery (chapitre 4).

Le refroidissement évacue la chaleur : un radiateur avec ventilateur sur le processeur (le ventirad) ou un watercooling, des ventilateurs de boîtier. Entre le processeur et le radiateur, une fine couche de pâte thermique comble les micro-aspérités pour que la chaleur passe. Avec les années, elle sèche : le processeur chauffe, ralentit volontairement (throttling) pour se protéger, et le PC devient lent ou s'éteint. Changer la pâte et dépoussiérer fait partie de la maintenance préventive.

Les bus et les interfaces

Les composants communiquent par des bus. Le plus important aujourd'hui est le PCI Express (PCIe) : une liaison point à point découpée en lignes (lanes). Une carte graphique utilise 16 lignes (x16), un SSD NVMe 4 lignes (x4). Chaque génération double le débit par ligne :

Les générations sont compatibles entre elles : un SSD PCIe 5.0 fonctionne dans un emplacement PCIe 4.0, au débit du PCIe 4.0. C'est le plus lent des deux qui fixe la vitesse.

Le processeur ne dispose que d'un nombre limité de lignes. Les autres passent par le chipset, relié au processeur par un lien unique : tous les périphériques branchés sur le chipset se partagent ce lien. Voilà pourquoi la carte graphique et le SSD principal sont branchés en direct sur le processeur.

Les unités : Go ou Gio ?

Tu achètes un SSD de 1 To, Windows affiche 931 Go. Rien n'a disparu : les deux nombres ne parlent pas de la même unité.

• Les fabricants comptent en puissances de 10 : 1 Go = 10⁹ octets, 1 To = 10¹² octets.
• Windows compte en puissances de 2 mais affiche « Go » : il montre en réalité des gibioctets (Gio), avec 1 Gio = 2³⁰ octets = 1 073 741 824 octets.
• 1 To = 10¹² octets = 10¹² / 2³⁰ Gio ≈ 931,3 Gio, que Windows affiche « 931 Go ».

Les préfixes binaires normalisés par la CEI sont kibi (Kio, 2¹⁰), mébi (Mio, 2²⁰), gibi (Gio, 2³⁰) et tébi (Tio, 2⁴⁰). Les débits, eux, s'expriment souvent en bits par seconde (b/s) pour les liaisons (réseau, USB, SATA) et en octets par seconde (o/s) pour les disques. Un octet vaut 8 bits : un lien à 10 Gbit/s transporte au mieux 1,25 Go/s, un peu moins en pratique.

Le calcul du débit d'une barrette de RAM suit la même logique : une barrette DDR5 transfère 64 bits, soit 8 octets, à chaque transfert. Une DDR5-5600 transporte donc 5 600 × 10⁶ × 8 = 44,8 × 10⁹ octets par seconde, soit 44,8 Go/s, et deux barrettes en double canal 89,6 Go/s.

La hiérarchie des mémoires

Plus une mémoire est rapide, plus elle est chère et petite. Un ordinateur empile donc plusieurs niveaux, du plus rapide au plus lent :

Pour sentir les écarts, ramène une nanoseconde à une seconde : lire un registre prend une seconde, la RAM une minute et demie, un SSD une demi-journée, et un disque dur plusieurs mois. Le système et le processeur passent leur temps à garder ce qui sert dans les niveaux rapides : c'est pour cela qu'un SSD et assez de RAM comptent plus que la fréquence du processeur pour un poste de bureautique.

Relever la configuration d'un poste

Sur un poste de l'atelier, relève sa configuration avant même de l'ouvrir :

# Processeur, mémoire totale, disques physiques : un résumé en trois commandes
Get-CimInstance Win32_Processor | Select-Object Name, NumberOfCores, NumberOfLogicalProcessors
Get-CimInstance Win32_ComputerSystem | Select-Object Manufacturer, Model, @{n='RAM (Gio)'; e={[math]::Round($_.TotalPhysicalMemory / 1GB, 1)}}
Get-PhysicalDisk | Select-Object FriendlyName, MediaType, BusType, @{n='Taille (Go)'; e={[math]::Round($_.Size / 1e9)}}

Dans PowerShell, 1GB vaut 2³⁰ octets : la deuxième commande affiche donc des Gio. La troisième divise par 10⁹ pour retrouver la capacité annoncée par le fabricant. Ces relevés alimentent la fiche d'inventaire.

Exercices