Les composants d'un ordinateur

carte mère1 - Le boîtier.

Il renferme la carte mère. C'est un circuit imprimé (voir photo ci-contre). Celle-ci, comme son nom l'indique, constitue le cœur de l'ordinateur. Sur elle viennent se greffer les composants suivants :

CREATIVE Carte son Sound Blaster X-FI Xtreme Music

Une carte de traitement sonore est une carte d'extension d'ordinateur. La principale fonction de cette carte est de gérer toute la partie « audible » de l'ordinateur : musique, bruitages, voix, etc. Elle se présente sous la forme de périphérique connectable à l'ordinateur sur les ports PCI, PCI-E 1x, PCMCIA (pour ordinateur portable) et port USB.

Elle traite donc tous les signaux audio qui sortent de l'ordinateur pour les envoyer vers les haut-parleurs. Mais elle peut également servir à interpréter les signaux audio qui entrent dans l'ordinateur (micro, entrée ligne etc.). Dans ce cas, elle transforme un signal analogique en signal numérique (analysable par l'ordinateur).

Les cartes sons d'avant 1990 ne géraient que deux voix en sortie (stéréo). Depuis l'apparition de l'ère dite « multimédia », la carte son se complexifie, pouvant gérer aujourd'hui jusqu'à 8 sorties audio indépendantes (8 haut-parleurs : 2 avants droits,

 

2 - L'écran.

C'est l'interface entre l'utilisateur et l'ordinateur. Il se caractérise par les paramètres suivants :

         2.1. Introduction

On trouve actuellement 2 types d'écrans: à tube cathodique (CRT) et à diode (écran plat). Les écrans sont caractérisés par des normes de résolution maximum.

Norme

Résolution horizontale * résolution verticale

VGA

640 * 480

SVGA

800 * 600

XVGA

1024* 768

SXGA

1280* 1024

HDTV

1920 * 1080

HDTV plus

1920 * 1200

QXGA

2048 * 1536

Tous les écrans actuels sont minimum SVGA. Ils sont caractérisés par la taille. Passons les désuets 11", 12" et 14" pour arriver au standard fin 90: le 15 ". Actuellement, le 17" est le plus utilisé, même si les écrans 19" pourraient prendre le dessus. Ces dimensions correspondent à la mesure entre 2 coins opposés de l'affichage de l'écran. Elle ne signifie pas un affichage réel en 17". En effet, les tubes cathodiques (qui affichent les images) ont une certaine courbure, ce qui réduit la taille effective de l'affichage. De plus, certains moniteurs sont à coins carrés, augmentant la taille de l'image.

La résolution maximale de l'écran spécifie le nombre de points (pixels) maximum que l'écran peut afficher. Elle est donnée en fonctions du nombre de points sur la largeur, suivi de celle en hauteur dont le rapport est fixe 4:3. La base en VGA est 640 * 480. Les résolutions supérieures sont 800 * 600 (utilisées avec un écran 15"), 1024*748, 1280 * 1024, 1600*1200 et même plus pour des écrans 21". Un affichage de1280*1024 ne signifie pas non plus que cette caractéristique sera utilisable. En effet, quiconque a essayé de travaillé en 800 * 600 avec un 14" se rencontre assez vite que la visualisation des caractères est difficile car trop petits. De plus, certains écrans deviennent flous à hautes résolutions ou scintillent. La résolution en fonction du nombre de couleurs affichées dépend de la carte écran, notamment de sa mémoire, mais ce n'est pas la seule. La résolution est liée dans le cas des cartes graphiques au nombre de couleurs (aussi dépendant de la mémoire). Elle varie de 16 couleurs (codage 4 bits) à 16,7 millions de couleurs au maximum (codage sur 24 bits, limite au-delà du quel l'oeil humain ne discerne plus de nuances) en passant par 256 et 65.536 couleurs.

La fréquence verticale (de ligne) d'un écran (exprimée en Hz et généralement située entre 30 et 100 Hz) représente la vitesse de déplacement horizontal du faisceau électronique sur la ligne. Les hautes résolutions exigent une fréquence de ligne élevée. Forcément, la fréquence de ligne des petits écrans (14") est inférieure à celles des grands (21"). Les cartes écrans ont également une fréquence (RAMDAC), si celle-ci est supérieure à celle de l'écran, il décroche, rendant impossible l'utilisation de cette résolution. Ici aussi, les nouvelles cartes graphiques ont une fréquence supérieure à celle des anciennes. Cette fréquence est fixe pour chaque résolution, tandis que les écrans actuels autorisent l'utilisation de fréquences inférieures. Deux types d'écrans se retrouvent sur le marché: les fréquences fixes et les analogiques. Les fréquences fixes acceptent des fréquences données (souvent 3 par résolutions) inférieures ou égales à la maximum. Comme ces fréquences sont normalisées, ils acceptent finalement toutes les valeurs inférieures. Les autres recherchent toutes les fréquences inférieures à celle maximum pour se fixer sur celle de la carte. Généralement, ces écrans ont une brève coupure lors du changement de résolution. Les écrans à fréquences analogiques acceptent toutes les valeurs en-dessous de la valeur maximum. Ce sont les seuls réellement sur le marché actuellement.

La fréquence image et varie avec la résolution. Exprimée en Hz, elle représente le nombre de fois que l'image est affichée par seconde. Le minimum est 72 fois par secondes, sinon, un effet de scintillement apparaît. Plus élevée est cette fréquence, meilleur est l'affichage. Un ancien truc consistait à utiliser un entrelacement pour augmenter cette fréquence en fonction de la résolution. Il se faisait en 2 étapes: une fois les lignes paires, une fois les impaires, on appelait ces écrans "entrelacés". Pour obtenir une fréquence de 72 Hz, on rafraîchissait 36 fois les lignes paires et 36 fois les lignes impaires par secondes. Utilisé avec bonheur en TV, en informatique: l'écran scintille de manière désagréable, ce qui conduit à une fatigue des yeux après moins d'une heure. Ces écrans n'utilisaient ce subterfuge qu'à des résolutions maximum, et donc pas en 640 * 480. Les écrans actuels sont de type Non Entrelacés (NI).

La finesse du contour du point (taille) sur l'écran est dénommée dot pitch. Plus il est faible, meilleur est la résolution. Si un bon écran utilise un dot pitch de 0,28 mm, les meilleurs descendent à 0,22 mm. Cette caractéristique dépend du tube cathodique et de son type, mais également de la grille qui sépare les points affichés sur l'écran. Le pas de masque (dot pitch) mesure la distance entre deux points affichés à l’écran. Un pas de masque de 0,22 mm donne un bon confort visuel bien meilleur qu’un pas de masque de 0,25 mm.

Les écrans plats utilisent un tube cathodique plat. La surface visible est donc plate. Si l'image semble bizarre dans un premier temps, les habitués ne reviendraient pour rien au monde en écran normal. Outre le confort de travail, leur précision d'affichage, couplé à un tube cathodique approprié, les rendent parfait pour de nombreuses tâches: dessin, conception assistée par ordinateur ou retouches d'images, principalement pour de longues heures de travail. Les écrans coins carrés affichent l'image sur l'entièreté du tube, augmentant ainsi la taille maximum de l'affichage.

La norme DPMS permet à l'ordinateur de couper l'alimentation du tube cathodique après une certaine période d'inactivité, reprenant sur simple pression d'une touche ou mouvement de la souris. Certains scientifiques pensent que les rayonnement électromagnétiques produits par le tube cathodique provoquent des nuisances, ce qui n'est pas prouvé. Dès lors, on trouve actuellement des écran LR pour Low Radiation. La première norme, DPR 2, est utilisée par quasiment tous les moniteurs modernes. D'autres normes plus complètes l'ont remplacé, principalement sous l'impulsion de NOKIA et des syndicats suédois au niveau des normes d'émissions électromagnétiques: TCO92 et TCO95 qui inclue en plus des normes de recyclage et d'économie d'énergie (le DPMS vu plus haut). Le TCO99 inclut de nouvelles normes d'économie d'énergie.

Economie d'énergie. Chaque écran moderne peut être semi-éteint par l'ordinateur après un certain cas d'incapacité. Attention, de nombreux PC ne redémarrent pas sous Windows 98 si Win98 met l'écran en veille et que le BIOS met également en veille l'écran par-dessus.

Certains écrans sont traités anti-reflet et antistatique. Ceci se fait en recouvrant le tube cathodique d'une pellicule spéciale.

Les contrôles (luminosité, contraste, …) se font actuellement de manière digitale. Ceci n'apporte rien à la qualité de l'écran. Les boutons de contrôle sont remplacés par un menu qui apparaît à l'écran.

         2.2. Ecran cathodique

Le principe du tube cathodique est identique à celui des TV. L'écran renferme un canon à électron placé au fond du boîtier. Il produit un faisceau d'électrons projetés sur la dalle, à l'avant de l'écran à travers un mécanisme de électromagnétique de positionnement (pour allumer un point à la fois). Une grille percée de trous (technologie Shadow Mask) ou de fils tendus (technologie Trinitron) placée entre les 2 assure la conversion du signal. L'intérieur de la dalle est tapissée de luminophores de 3 couleurs: rouge, vert et bleu. Lorsqu'un électron frappe un luminophore, ce dernier est excité et produit une réaction qui a pour conséquence d'illuminer ce point précis. Le luminophore doit être excité au moins toutes les 13.33 ms pour une fréquence de 75 hz (soit 75 fois par seconde).

L'image est codée sur trois couleurs: rouge, vert et bleu. Ceci implique un canon qui envoient les électrons suivant 3 filtres, sauf pour les Trinitron, développés par Sony qui utilisent trois canons. Chaque faisceau frappe une zone distincte de l’écran. Ces zones sont suffisamment proches pour qu’on ne voit pas les différentes couleurs mais seulement leur juxtaposition. Le tube détermine la taille de l'affichage. Il y a trois types de tubes cathodiques: le Trinitron, le masque d'ombre INVAR (Invar Mask) et le simple masque d'ombre traditionnel en acier. Ce dernier est utilisé dans les écrans simples en 14 et 15". L'INVAR MASK se retrouve en 15 et 17" (21" pour le nouveau), tandis que le Trinitron est utilisé dans les écrans 17 et 21 ". Le système TRINITRON offre un meilleur rendu des couleurs, ses pixels (le plus petit point affichable sur l'écran) étant rectangulaire au lieu de rond, l'image est plus nette et plus lumineuse. Ces écrans Trinitron se remarquent facilement par 1 ou 2 fils horizontaux sur l'écran. Actuellement, de nouveaux moniteurs 21" sont développés avec un nouveau type d'Invar Mask, supérieurs aux TRINITRON et bien sûr aux Invar Mask normaux. Pour une utilisation normale, ces derniers sont généralement suffisants.

         2.3. Ecrans LCD

Appelés écrans plats, ces écrans affichent les images à l’aide de diode lumineuse ou cristaux liquides. Ceci réduit de manière draconienne l’épaisseur de l’écran (design), mais inclut plusieurs petits problèmes liés à la fabrication et à la consommation électrique dans certains cas. Ce type d’écran était utilisé au départ pour les portables. Pour les portables, on trouve 2 technologies:

. DSTN appelé également à matrice passive pour les bas de gamme

. TFT appelé également à matrice active. Les écrans plats de bureau sont de ce type.

Ce dernier procure un contraste et une luminosité nettement supérieure. De plus, l'angle de vision par rapport à l'écran vu de face est supérieur. La majorité des portables incluse cette technologie.

                2.3.1. Technologie à matrice passive DSTN.

La technologie DSTN (Dual Scan Twisted Neumatic) est une technologie d'écran à matrice passive de type double balayage. Seuls les points situés au croisement d'une ligne et d'une colonne, issus des couches transparentes d'électrodes, peuvent être allumées. Contrairement aux écrans à matrice active, les cellules des écrans à matrice passive ne disposent pas de transistors destinés à fournir la tension. Cette différence explique la faiblesse de leur coût mais aussi pourquoi ils offrent un angle de vision inférieur ainsi qu'une image mois contrastée. Attention que d'autre type de matrice passive ont été développée offrant une meilleure qualité d'image. C'est le cas pour la technologie FastScan HPD (Hybrid Passive Display), développée par Toshiba et Sharp qui permet un temps de réponse plus rapide (150ms) pour 300 en DSTN, de plus cette technologie permet une image plus contrastée, de 40:1 à 30.1 pour le DSTN. Le procédé HPA (High Performance Adressing) développé par Hitachi est comparable au HPD. En 2000, on ne trouve plus que des écrans DSTN en HPA ou HPD, sauf pour les portables sans marques.

                2.3.2. Technologie à matrice active TFT.

La technologie à matrice active TFT (Twin Film Transistor) utilise la lumière polarisée pour créer des images constituée de millions de cellules minuscules. Le rétro-éclairage passe au travers d'un filtre de polarisation, puis d'une couche de cristaux liquides. A ce stade, les ondes lumineuses sont pivotées à 90° pour passer au travers d'un second filtre de polarisation. Les cellules appropriées émettent alors la lumière à l'écran. Une légère tension assignée à chaque cellule peut modifier les cristaux liquides afin que les ondes lumineuses ne soient pas pivotées et qu'elles ne passent pas à travers le second filtre. Ces cellules n'émettront pas de lumière. Le contraste entre l'obscurité et la lumière crée les images que vous voyez. Les écrans TFT sont appelés à matrice active car chaque cellule dispose de son propre transistor destiné à fournir la tension nécessaire. C'est pourquoi les écrans TFT offrent non seulement des images claires sans effets de flou et un grand angle d'affichage, mais ils garantissent aussi un niveau de luminosité constant. Les écrans TFT présentent de plus un excellent contraste (150-200:1) et une vitesse de défilement élevée (temps de réponse de 25 à 50 ms) en raison d'une fréquence de rafraîchissement supérieures aux écrans DSTN.

                2.3.3. Les écrans dits plats bureautiques.

De type TFT, les écrans plats bureautiques risquent d'apparaître de plus en plus souvent sur les bureaux. Dans ce cas, un écran 15" affiche réellement 15" de diagonale. Outre le prix et l'encombrement, ces écrans se caractérisent par un pilotage digital. Néanmoins, comme les cartes écrans actuelles envoient un signal analogique, ces écrans incluent actuellement un convertisseur analogique – numérique. Ce convertisseur inclut une horloge baptisée Clock Synthesizer. Chaque amélioration de la résolution impose un travail plus important à cette horloge qui reste fixe. Au-delà de 1024 * 768, l'horloge accumule les erreurs qui se traduisent par une dégradation de l'image affichée sur le LCD. La seule solution (elle est en voie de normalisation) est de ne pas utiliser une carte écran analogique courante, mais bien une carte écran numérique directement sur le TFT: soit avec une carte écran spéciale, soit un système logiciel à base d'USB ou à normaliser ou propriétaire de chaque firme (ce qui est déconseillé). La deuxième solution semble être celle qui sera adoptée dans les prochains mois, reste aux acteurs (Intel, Nokia, Compaq, …) à se mettre d'accord sur les spécifications des signaux et des connecteurs (à moins que Microsoft n'impose son propre standard …).

Pour rappel, les écrans de type cathodique sont désignés par la dimension du tube. La taille de l'affichage est donc moindre que celle annoncée. Le tableau ci-dessus reprend en gros les différences de tailles.

Diagonale écran LCD

Diagonale moniteur CRT

13,3"

15 "

14,1 "

16"

15,1"

17"

18,1"

20"

20 "

23"

                2.3.4 Le fonctionnement d'un écran LCD.

Le boîtier rectangulaire intègre une succession de couches superposées. La première (au fond du boîtier) comporte une lampe qui éclaire uniformément la totalité de l'écran. Devant, on trouve une couche rectangulaire, égale à la surface d'affichage, composée de bâtonnets de cristaux liquides. Au repos, les cristaux sont repliés sur eux-même et ne lissent pas passer la lumière. Entre ces 2 couchent se trouvent un réseau de transistor qui contrôlent électriquement l'état des cristaux. Une simple impulsion de la part d'un transistor et le bâtonnet se dresse, laissant passer la lumière. A chaque pixel correspond 3 bâtonnets (1 par couleur), chacun d'entre eux étant contrôlé par 1 transistor propre. La résolution maximum est donc fonction du nombre de transistors. Pour un écran LCD de 15" en diagonale avec une résolution de 1024*768, il faut donc 2.539.296 transistors et bâtonnets.

3 - Le disque dur.

C'est le lieu de stockage des données. Celles-ci sont stockées sur des disques magnétiques. On peut enregistrer et lire des données (programmes, fichiers texte, ......). La taille d'un disque dur se compte en mégaoctets (Mo) ou en gigaoctets (Go). La capacité de ces supports augmente très rapidement. Actuellement la taille la plus fréquente est de 2Go. Le disque dur trouve sa place dans le boîtier.

          3.1 Conception (simplifiée) physique d’un disque dur

Un disque dur est composé de plateaux montés sur un axe. Les plateaux tournent sur cet axe. Des têtes de lecture / écriture (au moins une par face de chaque plateau) montées sur des bras mobiles et qui se déplacent de manières transversales pour parcourir la surface des plateaux.
Les plateaux sont souvent en fer, recouvert d’une couche d’oxyde de fer (qui possède des propriétés magnétiques).

Représentation de la structure interne d'un disque dur

Vue interne d'un disque durSchéma d'un disque dur

Les données sont stockées sous forme de suite de bits (une suite de 0 et de 1).
L’enregistrement et magnétique (analogue à la bande d’un magnétophone).Une tête de lecture / écriture est composée d’un aimant qui va pouvoir magnétiser le support sur lequel elle passe.

Pour l’écriture un faible courant passe dans la tête de lecture ce qui produit un champ magnétique au-dessus d’une cellule d’enregistrement du plateau. Le sens du courant détermine l’orientation du champ magnétique (positif ou négatif) qui sera interprété comme un 0 ou un 1.

Pour la lecture, lorsque la tête de lecture passe sur une cellule, celle ci, se comportant comme un aimant, va induire un courant dans une bobine suitée sur la tête de lecture. Le sens de ce courant sera interprété comme un 0 ou un 1.

Tête de lecture ecriture

L’espace entre une tête de lecture/ écriture et la surface du plateau est extrêmement fin (de l’ordre de 0.2 µm). Pour avoir une idée de ce que représente cette espace voici un schéma permettant la comparaison de cet espace avec des éléments de la vie quotidienne.Espace

         3.1.1 Le formatage d’un disque

On distingue deux types de formatage. Le formatage physique (ou formatage de bas niveau) et le formatage logique.

Le formatage sert à organiser l’agencement des données qui vont être stockées. Le formatage prépare le disque de manière à ce que les données puissent être écrites et récupérées rapidement.

          3.1.2 Le formatage physique

Le formatage physique est la première étape. Ce formatage de bas niveau est effectué par le fabricant. Certains utilitaires du commerce ainsi que certains Bios permettent d’effectuer ce formatage.

Le formatage de bas niveau consiste à diviser le disque en éléments de base :

• Pistes
• Secteurs
• Cylindres

Ces éléments déterminent la configuration physique du disque.

Les pistes sont des cercles concentriques gravés sur la surface des plateaux (de chaque cotés). Les pistes sont numérotées. La première piste porte le numéro 0. C’est la piste la plus à l’extérieure d’un plateau.
Un cylindre est formé par l’ensemble des pistes de chacun des plateaux et qui se situent à la même distance du centre de ces plateaux.
Les pistes sont divisées en secteurs. En règle générale un secteur a une capacité de 512 octets.

         3.1.3 Le formatage logique

Le formatage logique organise les fichiers par un système de fichiers qui permet à un système d’exploitation de gérer ces différents fichiers.

Un disque peut être divisé en partition. Un système de fichiers (différent) est applicable à chacune des partitions. Après le formatage logique les partitions peuvent avoir un nom (que l’on appel nom de Volume). Un nom de volume permet d’identifier la partition plus facilement.

Le formatage logique s’effectue à l’aide d’un utilitaire fournit avec le système d’exploitation (comme FDISK pour DOS/Windows) ou avec des utilitaires plus génériques et souvent indépendants du système utilisé.

         3.1.4 Le système de fichiers.

Un système de fichiers permet d’organiser le suivi de l’espace alloué et de l’espace libre, de gérer les noms et l’emplacement physique des fichiers ainsi que des dossiers.

Il existe plusieurs systèmes de fichiers les principaux étant :

• FAT (File Allocation Table)
• FAT32 (File Allocation Table 32)
• NTFS (New Technology File System
• HPFS (High Performance File System
• Linux Ext2, Ext3
• NetWare File System

Ils ne sont pas tous compatibles et sont souvent dépendant d’un système d’exploitation.

         3.1.5 Les partitions

Il y a deux types principaux de partitions. Les partitions principales et les partitions étendues (qui contiennent les partitions logiques). La création de plusieurs partitions sur un même disque n’est pas obligatoire. La création de plusieurs partitions permet de fournir une plus grande sécurité pour les données, d’optimiser le fonctionnement des grands volumes, d’utiliser plusieurs systèmes d’exploitation sur une même machine, ...

Il ne peut exister que 4 partitions principales sur un même disque, une de ces partitions principales pouvant être une partition étendue.

         3.1.6 Partition principale

Une partition principale contient un système d’exploitation, des programmes ou des données. Une partition principale est formatée de manière à utiliser un système de fichiers compatible avec le système d’exploitation installé. Sur un même disque, en général, une seule des partitions principales est activée à la fois.

                3.1..6.1 Partition étendue

Une partition étendue est un des moyens qui permet de contourner la limite de 4 partitions principales par disque. Une partition étendue contient des partitions logiques qui peuvent utiliser des systèmes de fichiers différents.

                3.1.6.2 Partition logique

Une partition logique ne peut pas avoir d’existence en dehors d’une partition étendue. Une partition logique peut contenir un système d’exploitation (si celui ci peut être lancé à partir d’une partition logique) ou des données.

         3.1.7 Exemple de structure logique d’un disque

Structure logique

         3.1.8 Affectation des lettres d’unité (système Windows)

Des lettres d’unité sont affectées aux différentes partitions de votre système. La première partition principale du premier disque se voit attribuer la lettre C: puis les autres D: E: etc jusqu’à la dernière partition principale du premier disque. S’il y a d’autres disques le système va rechercher s’ils contiennent des partitions principales pour leurs affecter les lettres suivantes. Quant toutes les partitions principales ont reçu une lettre d’unité le système passe aux partitions logiques (en commençant par celles du premier disque).

         3.1.9 Les clusters

Un cluster est formé par le regroupement de plusieurs secteurs (un secteur = 512 octets). La taille d’un cluster dépend de la taille de la partition et du système de fichiers utilisé.

Il est important de comprendre l'influence de la taille des clusters. Un fichier (quel qu'il soit) occupe un nombre de cluster entier. Cela pose des problèmes si vous avez beaucoup de fichier de petite taille.

                3.1.9.1 Exemple :

Sur un disque de 1.5 Go en Fat 16 un cluster vaut 32 ko. Si vous avez sur votre disque une centaine de petits fichiers de moins de 5 ko, ils devraient occuper une place théorique de 100 * 5 Kosoit 500 Ko. Mais comme un fichier occupe un nombre de cluster entier cela fait pour le disque dur 100 * 32 Ko soit plus de 3 Mo. La perte est considérable. Certain logiciel vous permette d'ajuster la taille des cluster pour limiter cette perte d'espace.

Pour le vérifier faîtes un simple petit test sur votre machine. Sous Windows 9x Cliquez sur Démarrer\ Rechercher\ Fichiers ou dossiers et dans l'onglet Avancée spécifiez une taille de Au plus 5 Ko, puis lancer la recherche. Si vous faîtes cette manœuvre sur votre disque dur principale (celui du système d'exploitation) vous risquez d'être surpris par le résultat de cette recherche.

Pour les principaux types de fichiers

         3.1.10  Système dos, Windows 3.x, windows 95

Tableau Fat

Windows 95 OSR2 (version 4.00.950B et supérieur), Windows 98, Windows Me, Windows 2000, Windiws XP

Tableau Fat32

Windows NT, Windows 2000, Windows XP

Tableau NTFS

Linux

Type Ext3

Taille max d'une partition

Taille max d'un fichier

8 To

2 To