La carte mère

Elle est l'élément essentiel d'un micro-ordinateur. La carte mère (en anglais « mainboard » ou « motherboard ») est la carte permettant la connexion de l'ensemble des éléments essentiels (comme la mémoire) et optionnels (comme les périphériques externes) du micro-ordinateur.

Au cours de son évolution, la carte mère a intégré certaines fonctions qui, avant, étaient des accessoires (internes ou externes). Dans un premier temps, la mémoire cache du processeur fut intégrée à celle-ci, puis vinrent les cartes contrôleuses de disques durs, la carte son, la carte USB, la carte réseau et même parfois la carte graphique font maintenant partie intégrante du chipset, mais des puces peuvent venir s'ajouter pour offrir de nouvelle fonctionnalités grâce aux connecteurs, dont des cartes d'interface de "périphériques" tel que l'USB 3.0, E-SATA 2.0, etc pour les chipsets qui ne les gèrent pas nativement.

On peut donc dire que toutes les cartes mères du marché sont différentes par les options qu'elles proposent. Pour interconnecter toutes ces fonctions la carte mère utilise des circuits spéciaux appelés Chipset, composés du:

• northbridge, pour les périphériques "rapides" (mémoire, PCI-express, etc)

• southbridge pour les périphériques "lents" (PCI, disques durs et SSD, ...) qui ont pour rôles de faire dialoguer le processeur les disques durs et tous les périphériques internes et externes.

Au démarrage, la carte mère doit reconnaitre tous les éléments qui lui sont connectés (mémoire, périphériques, ...) et les configurer.

Pour cela, elle dispose du BIOS (Basic Input/Output System), un firmware qui lui permet de tester le matériel et les périphériques présents et de leur appliquer les paramètres de configuration nécessaires. Le BIOS cherche enfin le disque contenant le système d'exploitation et le charge en mémoire; on dit que le PC démarre (boot en anglais). Si pour une raison quelconque un périphérique, la RAM, ou une carte d'extension est défectueuse ou ne s'initialise pas, la carte mère émet un certain nombre de bips, pour indiquer le dysfonctionnement, en fonction du modèle du BIOS (certaines cartes mères ASUS parlent...).

Voici les éléments qu'on peut trouver sur une carte mère, certains n'étant plus présents sur les cartes mères.

Des connecteurs

• Un ou plusieurs connecteurs d'alimentation électrique : Par ces connecteurs une alimentation électrique fournit à la carte mère les diverses tensions électriques nécessaires à son fonctionnement et à celui des périphériques connectés.

• Le connecteur du microprocesseur,

• Les connecteurs d'alimentation et de contrôle des ventilateurs,

• Les connecteurs de la mémoire vive (memory slot en anglais) au nombre de 2, 4 ou 6 sur les cartes mères communes,

Des composants

• Le chipset : Un ou plusieurs circuit électronique, qui gère les transferts de données entre les différentes composantes de l'ordinateur (micro-processeur, mémoire vive, disque dur, etc.) ;

• Une horloge qui cadence la vitesse d'exécution des instructions du microprocesseur et des périphériques internes,

• La mémoire, interne, conservant certaines informations importantes (comme la configuration de l'ordinateur, la date et l'heure) même lorsque l'ordinateur n'est pas alimenté en électricité ainsi que sa pile ou batterie d'accumulateurs nécessaire au maintien des informations lors de l'extinction du micro-ordinateur (heure, date, configuration, ...)

Un logiciel

• Le BIOS est un firmware enregistré dans une ROM ou une EPROM. Ce programme, spécifique à la carte, gère l'interface de bas niveau entre le micro-processeur et certains périphériques. Il récupère, puis fait exécuter, les instructions du master boot record enregistrées dans une mémoire de masse (disque dur), lors du démarrage du micro-ordinateur ;

Voici une vidéo de présentation du bios 3D Gigabyte X79-UD3

Des bus

• Le bus système (aussi appelé bus interne ou Front Side Bus (FSB) en anglais) : Il relie le micro-processeur au chipset ;

• Le bus mémoire relie le chipset à la mémoire vive ;

• Le bus d'extension (aussi appelé bus d'entrées/sorties) : Il relie le micro-processeur aux connecteurs d'entrée/sortie et aux connecteurs d'extension ;

Des connexions

Les connecteurs d'entrée/sortie qui respectent le plus souvent la norme PC 99 : ces connecteurs incluent :

• Les ports USB (Universal Serial Bus) par exemple pour la connexion de périphériques récents (Les ports séries pour la connexion de vieux périphériques, et les ports parallèles pour la connexion de vieilles imprimantes, ayant quasiment disparu en 2010) ;

• Les connecteurs RJ45 pour la connexion à un réseau informatique ;

• Les connecteurs vidéo analogique VGA , numérique DVI, pour la connexion d'un écran d'ordinateur ;

• Les connecteurs audio analogiques (jack 3.5 mm) et audio numériques (SPDIF), pour la connexion d'appareils audio comme des haut-parleurs ou un microphone, identifiés par un code couleur ;

• Les connecteurs audio/vidéo HDMI ou DisplayPort pour la connexion avec un téléviseur HD, supportant la protection des contenus numériques haute définition (HDCP) ;

• Les connecteurs Parallel ATA ou Serial ATA I (1,5 Gb/s) ou II (3 Gb/s), voire III (6 Gb/s) pour la connexion de périphériques de stockage comme les disques durs, Solid-state drive et disques optiques, et e-Sata (en connectique externe) pour la connexion de périphériques de stockage externe à haut débit ;

• Les connecteurs firewire IEEE 1394 ;

• Les connecteurs d'extension : ce sont des réceptacles pouvant accueillir des cartes d'extension (ces cartes sont utilisées pour ajouter des fonctionnalités ou augmenter la performance d'un micro-ordinateur, par exemple une carte graphique peut être ajoutée à un ordinateur pour améliorer les performances de l'affichage 3D sur l'écran). Ces ports peuvent être des ports ISA (vieille interface), PCI (Peripheral Component Interconnect), AGP ou, plus récent, le PCI Express, qui existe sous forme de PCI-e x1, x4, x8, et x16, ce port étant souvent occupé par une carte graphique.

Avec l'évolution des ordinateurs, de plus en plus de fonctionnalités ont été intégrées à la carte mère, comme des circuits électroniques permettant la gestion de la vidéo (IGP pour Integrated Graphic Processor), du son ou des réseaux (10/100 Mb/s/1 Gb/s), évitant ainsi l'adjonction de cartes d'extension.

Les fabricants

Plusieurs constructeurs se partagent le marché des cartes mères tel que Abit, Albatron, Asrock, ASUS, , Gigabyte Technology, Intel, MSI.

Certains conçoivent et/ou fabriquent une ou plusieurs composantes de la carte mère tandis que d'autres assemblent les éléments que des partenaires ont conçus et fabriqués.

Carte multi-processeurs

C'est un type de carte mère capable d'accueillir plusieurs processeur (généralement 2, 4, 8 ou plus). Ces cartes mères multiprocesseurs disposant de plusieurs supports de micro-processeur (sockets), ce qui permet de leur enficher plusieurs micro-processeurs physiquement distincts (par opposition aux processeurs double cœur).

Lorsque deux processeurs sont présents sur une carte, il y a deux manières de les gérer :

• La manière asymétrique, où chaque processeur se voit attribuer une tâche différente. Cette méthode n'accélère pas les traitements, mais permet de confier une tâche à un processeur pendant que l'autre est occupé à une tâche différente.

• La manière symétrique, dite SMP (Symmetric MultiProcessing) où chaque tâche est répartie symétriquement entre les deux processeurs.

Le système d'exploitation Linux fut le premier à gérer les architectures bi-processeur sur x86. Toutefois, la gestion de plusieurs processeurs existait bien avant sur d'autres plates-formes et d'autres systèmes d'exploitation.

Le système Linux 2.6.x gère parfaitement les multiprocesseurs symétriques, ainsi que les architectures à mémoire non-uniformément répartie (NUMA).

Certains fabricants de cartes mères fabriquent des cartes mères pouvant accueillir jusqu'à 8 processeurs (en l'occurrence sur socket 939 pour AMD Opteron et sur socket 604 pour Intel Xeon).

Les facteurs de formes

Au fil des années, plusieurs normes se sont imposées :

• 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