LES CARTES MÈRES ET LES CHIPSETS

I. INTRODUCTION

La carte mère est le circuit imprimé principal de l’ordinateur.

Elle supporte les principaux composants de l’ordinateur :

• Le microprocesseur• La mémoire• Les contrôleurs de périphériques• Le chipset

Voici une carte mère :

II. LES COMPOSANTS

A. L’horloge système

L’horloge système permet la synchronisation des échanges entres les composants

Elle émet des tops électroniques régulièrement, délivrés par un système électronique dont l’élément principal est un quartz.

Ainsi, les composants du pc, verront leur fréquence de fonctionnementréglée, par l’intermédiaire d’un coefficient multiplicateur appliquéesur l’horloge système.

Ainsi, un microprocesseur fonctionnant à 3GHz avec un bus système à 800 MHz, aura un coefficient multiplicateur de 3000/800=3.75.

B. Le microprocesseur

Le microprocesseur n’est pas soudé à la carte mère, ce qui permet le changement du processeur.

La connexion entre carte mère et processeur, s’effectue parl’intermédiaire de supports suivant le conditionnement duProcesseur :

• Circuits intégrés : leur support est appelé sockets• Circuits imprimés : leur support est appelé slots, qui ne sontquasiment plus utilisés de nos jours.

Lors d’un achat, bien faire attention à ce que le microprocesseur soit compatible avec le socket de la carte mère.

Voici un socket :

C. La mémoire centrale

La mémoire centrale est aussi appelée mémoire système. Elle est composée de mémoire vive et de mémoire morte.

La mémoire morte normalement non réinscriptible, est remplacéePar de la mémoire flash, non volatile et réinscriptible. Elle contientLe BIOS de l’ordinateur.

La mémoire vive, se compose de deux parties :

• La mémoire de travail qui contient les programmes exécutés.

• La mémoire cache qui sert à accélérer les accès à la mémoire vive

La mémoire vive est conditionnée sous forme de barrettes mémoires.Elle est donc extensible. Ce sont en fait des circuits imprimés que l‘onpeut enficher dans des supports spécifiques, appelés Slots.

Voici des slots pour mémoire vive :

Voici une barrette de mémoire vive :

D. Les contrôleurs de périphériques

Le contrôleur de périphérique traduit les données venant de l’ordinateur, en signaux compréhensibles par le périphérique concerné.

Le contrôleur peut être un circuit intégré à la carte mère ou un circuit imprimé ajouté sur un support (carte d’extension insérée dans un slot)

Si le contrôleur est un circuit intégré situé sur la carte mère, le périphérique sera relié :

• Soit par un câble en nappe grâce à un connecteur situé lui aussi sur la carte mère• Soit par un connecteur situé au bord de la carte mère (connecteur externe).

Si le contrôleur est un circuit imprimé, on parle de carte d’extension enfichée dans un slot. De nos jours, ces slots sont à la norme du bus PCI. On appelle donc ces slots, ports PCI.

Ne pas confondre les ports PCI avec le port AGP, qui lui sert à brancher une carte graphique, souvent de couleur marron.

III. LES DIFFÉRENTS BUS

A. Principe du bus

Un bus électronique est un ensemble de fils électriques qui relie des composants électroniques

Un bus est composé de trois sous-ensembles : le bus d’adresses, le bus de données, et le bus de commandes.

B. Bus système ou FSB (Front Side Bus) C’est le bus le plus rapide de la carte mère.

Ce bus permet les échanges entre le microprocesseur et le chipset. Les échanges avec la mémoire, se font grâce au chipset.

Actuellement la fréquence du FSB peut atteindre 800 MHz.

C. Les bus internes d’entrées/sorties Ce sont les bus qui permettent de gérer les échanges entre le microprocesseur et les contrôleurs d’entrées/sorties situées sur les cartes d’extension.

Les bus internes d’entrées sorties, sont :

• AGP : Destiné à l’affichage. Relié, en général, à un seul slot (souvent de couleur marron), où sera insérée la carte graphique :

• PCI : Bus d’entrées/sorties principal des pc actuels. On y branche les cartes d’extension. Voici un port PCI :

• PCI Express : vient progressivement remplacer le bus PCI, car il est plus rapide. Une des caractéristiques intéressantes du bus PCI Express, est de brancher ou débrancher des composants à chaud. Les connecteurs de bus PCI Express, possèdent des tailles variables. On peut observer alors des connecteurs PCI Express ×4 :

Ou des connecteurs PCI Express ×8 :

• Le bus ISA : C’est l’ancien bus d’entrées/sorties des pc. Le bus ISA, est destiné à des périphériques assez lents. On ne le rencontre quasiment plus. Il permet cependant, de conserver d’anciennes cartes d’extension, lorsque l’on change d’ordinateur :

D. Les connecteurs externes :Prise mini jack présente sur la carte son. Il y en a souvent 3 : Entrée audio, sortie audio, entrée micro.

Hauts-parleurs, camescope, chaine Hi_Fi…

Prise DIN Clavier (Sur les vieux ordinateurs)

Prise PS/2 Clavier et souris

RJ-45 Câble réseau

Le RJ-11 ressemble au RJ-45, en plus petit.

Prise modem.

DB-25 : Port parallèle Imprimantes, scanners.

USB-A Clavier, souris, modem, scanner, graveurs,mémoire flash, disques durs.

VGA Ecran

DVI-D Ecran

FireWire ou IEEE 1394 ou iLink Caméscopes numériques, disques durs, magnétoscopes.

Sub DB/9. Port série Souris, clavier, modem, joystick

E. Les connecteurs internes Ce sont essentiellement des connecteurs pour câbles (fils ou en nappe) et des slots : connecteurs en plastiques destinés à recevoir des cartes d’extension.

1. Connecteurs pour câbles

Les connecteurs E-IDE (ou ATA : Advanced Technology Attachment) permettront de connecter des disques durs. La norme ATAPI a ensuite fait son apparition pour pouvoir brancher des lecteurs, graveurs CDROM, DVDROM.

Voici un connecteur de type IDE :

Voici un câble en nappe :

• Le bus Serial ATA apparu après l’ATA : Basé sur une communication en série. Le câble utilisé pour le SATA, est un câble rond composé de sept fils. Malgré le transfert en série, le SATA est plus rapide que le standard ATA (ou PATA pour Parallel ATA). On s’en sert surtout pour les disques durs.

2. Connecteurs pour circuits imprimés

On trouve des slots pour la mémoire et ceux destinés aux circuits d’entrées/sorties.

Les cartes d’extensions pour la mémoire sont appelés barrettes mémoire. Il existe 2 formats actuellement : DIMM (le + utilisé) et SIMM (+ ancien) qui ont chacun leur slot spécifique.

Les connecteurs pour cartes d’extensions (pour les entrée/sorties) peuvent avoir plusieurs formats dont on a déjà parlé : PCI, PCI-Express, AGP, ISA.

IV. LE CHIPSET Chipset signifie « Ensemble de puces ».

C’est un ensemble de 1 à plusieurs circuits intégrés. Il est chargé d’assurer les échanges entre microprocesseur, mémoire et bus d’entrées/sorties. C’est le centre de contrôle de l’ordinateur.

Depuis l’apparition des pentium II et surtout du chipset BX, Intel a séparé le jeu de composants en deux circuits intégrés appelés pont nord et pont sud.

Le pont nord est chargé du bus système et des composants rapides. Il contient un contrôleur de bus AGP, un contrôleur de bus PCI et il gère les échanges entre la mémoire, le contrôleur de bus AGP et le microprocesseur.

Le pont sud est chargé du contrôleur E-IDE. Il comporte aussi un « pont » PCI-ISA.

Ce pont est, en fait un contrôleur de bus ISA. Les contrôleurs internes de lecteur de disquette, de clavier, port parallèle et souris sont branchés sur ce pont, soit directement dans le circuit intégré, soit sur la carte mère où ils sont intégrés dans un circuit appelé « Super IO ». Les slots ISA y sont,aussi, reliés.

Schéma d’un chipset :

V. FORMATS CARTES MERES

A. Format AT C’est le format le plus ancien, aussi appelé Baby AT. Une carte au format AT utilisera une alimentation électrique à ce format (avec 2 connecteurs d’alimentation sur la carte). Les connecteurs externes sont reliés à la carte grâce à des câbles en nappe.

B. Le format ATX Une carte au format ATX utilisera une alimentation électrique à ce format (avec un seul connecteur d’alimentation sur la carte). Les connecteurs externes sont fixés sur la carte mère (peu de câbles en nappe à part : les disques durs, lecteurs disquettes et CDROM.

C. Format BTX Tout nouveau format d’intel, destiné à remplacer l’ATX. Son objectif est d’optimiser la position des composants pour améliorer le refroidissement thermique. Les alimentations actuelles sont compatibles avec le format BTX. Cependant, malgré l’intérêt que peut présenter se format, les constructeurs semblent ignorer ce format et cantonnent l’ATX.

D. Autres formats Il existe aussi des micro-ordinateurs de type barebone. Ils sont conditionnés dans des boîtiers de format cubique avec des cartes mères de très petites dimensions n’offrant que 2 ou 3 slots internes.

Les chipsets des ces machines sont très intégrés : Les contrôleurs sons, vidéo, réseau, modem sont intégrés directement dans les circuits du chipset.

Voici a quoi ressemble un micro-ordinateur de type barbone :

VI. COMPARATIF

A. MSI K8N Neo Platinum Cette carte mère, d’un prix d’environ 120 €, permet d’effectuer des tâches autres que le travail sur pc, comme la bureautique. Elle pourra être utilisée par exemple, pour la compression vidéo, ou encore les jeux, en y installant une bonne carte graphique.

Avec son socket 939, cette carte mère pourra recevoir un microprocesseur de type AMD Athlon 3000+, par exemple. Chose à bien regarder, lors de l’achat de la carte, en fonction du microprocesseur choisi.

Format ATX

Support Socket 939

Processeurs 1

Northbridge nVIDIA nForce4 Ultra

Southbridge nVIDIA MCP

Chipset nVIDIA nForce4 Ultra

Type de mémoire DDR-SDRAM

Nombre d'emplacements mémoire 4

Norme IDE Ultra DMA 133

Nombre de connecteurs IDE 2

Contrôleur IDE / SCSI sup. Serial-ATA 2

Nombre de ports PCI 5

Ports PCI-Express 16x 1

Port PCI-Express 4x 1

Port PCI-Express 1x 1

Ports USB2 10

Interface FireWire (IEEE1394) FireWire 400

Contrôleur graphique Non

Contrôleur sonore intégré Realtek ALC850

Contrôleur réseau 10/100/1000 Mbps

Nombre de connecteurs pour ventilateurs

3

B. ASROCK K8Upgrade-1689 Cette carte, qui est une sous-marque d’Asus, possède les compétences pour le travail tel que la bureautique, la programmation…

Les processeurs compatibles avec le socket 754 sont des AMD Athlon 64 3400+, ou encore l’AMD Sempron 2600.

Format ATX

Support Socket 754

Processeurs 1

Chipset ALi M1689

Type de mémoire DDR-SDRAM

Nombre d'emplacements mémoire 2

Norme IDE Ultra DMA 133

Nombre de connecteurs IDE 2

Contrôleur IDE / SCSI sup. Serial-ATA

Port AGP AGP 8x

Nombre de ports PCI 4

Ports PCI-Express 16x Non

Port PCI-Express 4x Non

Port PCI-Express 1x Non

Ports USB2 8

Interface FireWire (IEEE1394) Non

Contrôleur graphique Non

Contrôleur sonore intégré Realtek ALC850

Contrôleur réseau 10/100 Mbps

Port AMR Non

Port CNR Non

VII. CONCLUSIONLa carte mère est le carrefour où se rencontrent tous les composants de l’ordinateur grâce notamment au chipset.

Il est possible d’améliorer certaines caractéristiques de la carte mère en « flashant » le BIOS avec une version plus récente : On remplace le contenu du BIOS avec un logiciel spécial.

Mais dès qu’apparaît une nouvelle technologie (type de mémoire) ou une nouvelle norme pour un périphérique (microprocesseur, disque dur), si on veut profiter de ces nouveautés, il est souvent nécessaire de changer de carte mère, ou d’ajouter une carte d’extension supportant cette nouvelle technologie.

L’évolution des cartes mères (et des chipsets) est d’intégrer le maximum de contrôleurs sur la carte mère sous la forme de circuits intégrés (contrôleur son, graphique 2D et 3D, réseau,SCSI) ce qui augmente la fiabilité du système mais en diminue l’évolutivité.