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* Un véritable ami t'appelle après une dispute.
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> pour lui.
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>
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Le processeur (CPU, pour Central Processing Unit, soit Unité Centrale de Traitement) est le cerveau de l'ordinateur. Il permet de manipuler des informations numériques, c'est-à-dire des informations codées sous forme binaire, et d'exécuter les instructions stockées en mémoire.
Le premier microprocesseur (Intel 4004) a été inventé en 1971. Il s'agissait d'une unité de calcul de 4 bits, cadencé à 108 kHz. Depuis, la puissance des microprocesseurs augmente exponentiellement. Quels sont donc ces petits morceaux de silicium qui dirigent nos ordinateurs?
Le processeur (noté CPU, pour Central Processing Unit) est un circuit électronique cadencé au rythme d'une horloge interne, grâce à un cristal de quartz qui, soumis à un courant électrique, envoie des impulsions, appelées « top ». La fréquence d'horloge (appelée également cycle, correspondant au nombre d'impulsions par seconde, s'exprime en Hertz (Hz). Ainsi, un ordinateur à 200 MHz possède une horloge envoyant 200 000 000 de battements par seconde. La fréquence d'horloge est généralement un multiple de la fréquence du système (FSB, Front-Side Bus), c'est-à-dire un multiple de la fréquence de la carte mère
A chaque top d'horloge le processeur exécute une action, correspondant à une instruction ou une partie d'instruction. L'indicateur appelé CPI (Cycles Par Instruction) permet de représenter le nombre moyen de cycles d’horloge nécessaire à l’exécution d’une instruction sur un microprocesseur. La puissance du processeur peut ainsi être caractérisée par le nombre d'instructions qu'il est capable de traiter par seconde. L'unité utilisée est le MIPS (Millions d'Instructions Par Seconde) correspondant à la fréquence du processeur que divise le CPI.
Une instruction est l'opération élémentaire que le processeur peut accomplir. Les instructions sont stockées dans la mémoire principale, en vue d'être traitée par le processeur. Une instruction est composée de deux champs :
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Code opération |
Champ opérande |
Le nombre d'octets d'une instruction est variable selon le type de donnée (l'ordre de grandeur est de 1 à 4 octets).
Les instructions peuvent être classées en catégories dont les principales sont :
Lorsque le processeur exécute des instructions, les données sont temporairement stockées dans de petites mémoires rapides de 8, 16, 32 ou 64 bits que l'on appelle registres. Suivant le type de processeur le nombre global de registres peut varier d'une dizaine à plusieurs centaines.
Les registres principaux sont :
La mémoire cache (également appelée antémémoire ou mémoire tampon) est une mémoire rapide permettant de réduire les délais d'attente des informations stockées en mémoire vive. En effet, la mémoire centrale de l'ordinateur possède une vitesse bien moins importante que le processeur. Il existe néanmoins des mémoires beaucoup plus rapides, mais dont le coût est très élevé. La solution consiste donc à inclure ce type de mémoire rapide à proximité du processeur et d'y stocker temporairement les principales données devant être traitées par le processeur. Les ordinateurs récents possèdent plusieurs niveaux de mémoire cache :
Les signaux de commande sont des signaux électriques permettant d'orchestrer les différentes unités du processeur participant à l'exécution d'une instruction. Les signaux de commandes sont distribués grâce à un élément appelé séquenceur. Le signal Read / Write, en français lecture / écriture, permet par exemple de signaler à la mémoire que le processeur désire lire ou écrire une information.
Le processeur est constitué d'un ensemble d'unités fonctionnelles reliées entre elles. L'architecture d'un microprocesseur est très variable d'une architecture à une autre, cependant les principaux éléments d'un microprocesseur sont les suivants :
Le schéma ci-dessous donne une représentation simplifiée des éléments constituant le processeur (l'organisation physique des éléments ne correspond pas à la réalité) :
Pour effectuer le traitement de l'information, le microprocesseur possède un ensemble d'instructions, appelé « jeu d'instructions », réalisées grâce à des circuits électroniques. Plus exactement, le jeu d'instructions est réalisé à l'aide de semiconducteurs, « petits interrupteurs » utilisant l'effet transistor, découvert en 1947 par John Barden, Walter H. Brattain et William Shockley qui reçurent le prix Nobel en 1956 pour cette découverte.
Un transistor (contraction de transfer resistor, en français résistance de transfert) est un composant électronique semi-conducteur, possédant trois électrodes, capable de modifier le courant qui le traverse à l'aide d'une de ses électrodes (appelée électrode de commande). On parle ainsi de «composant actif», par opposition aux « composants passifs », tels que la résistance ou le condensateur, ne possédant que deux électrodes (on parle de « bipolaire »).
Le transistor MOS (métal, oxyde, silicium) est le type de transistor majoritairement utilisé pour la conception de circuits intégrés. Le transistor MOS est composé de deux zones chargées négativement, appelées respectivement source (possédant un potentiel quasi-nul) et drain (possédant un potentiel de 5V), séparées par une région chargée positivement, appelée substrat (en anglais substrate). Le substrat est surmonté d'une électrode de commande, appelée porte (en anglais gate, parfois également appelée grille), permettant d'appliquer une tension sur le substrat.
Lorsqu'aucune tension n'est appliquée à l'électrode de commande, le substrat chargé positivement agit telle une barrière et empêche les électrons d'aller de la source vers le drain. En revanche, lorsqu'une tension est appliquée à la porte, les charges positives du substrat sont repoussées et il s'établit un canal de communication, chargé négativement, reliant la source au drain.
Le transistor agit donc globalement comme un interrupteur programmable grâce à l'électrode de commande. Lorsqu'une tension est appliquée à l'électrode de commande, il agit comme un interrupteur fermé, dans le cas contraire comme un interrupteur ouvert.
Assemblés, les transistors peuvent constituer des circuits logiques, qui, assemblés à leur tour, constituent des processeurs. Le premier circuit intégré date de 1958 et a été mis au point par la société Texas Instruments.
Les transistors MOS sont ainsi réalisés dans des tranches de silicium (appelées wafer, traduisez gaufres), obtenues après des traitements successifs. Ces tranches de silicium sont alors découpées en éléments rectangulaires, constituant ce que l'on appelle un « circuit ». Les circuits sont ensuite placés dans des boîtiers comportant des connecteurs d'entrée-sortie, le tout constituant un « circuit intégré ». La finesse de la gravure, exprimée en microns (micromètres, notés µm), définit le nombre de transistors par unité de surface. Il peut ainsi exister jusqu'à plusieurs millions de transistors sur un seul processeur.
La loi de Moore, édictée en 1965 par Gordon E. Moore, cofondateur de la société Intel, prévoyait que les performances des processeurs (par extension le nombre de transistors intégrés sur silicium) doubleraient tous les 12 mois. Cette loi a été révisée en 1975, portant le nombre de mois à 18. La loi de Moore se vérifie encore aujourd'hui.
Dans la mesure où le boîtier rectangulaire possède des broches d'entrée-sortie ressemblant à des pattes, le terme de « puce électronique » est couramment employé pour désigner les circuits intégrés.
Chaque type de processeur possède son propre jeu d'instruction. On distingue ainsi les familles de processeurs suivants, possédant chacun un jeu d'instruction qui leur est propre :
Cela explique qu'un programme réalisé pour un type de processeur ne puisse fonctionner directement sur un système possédant un autre type de processeur, à moins
d'une traduction des instructions, appelée
émulation. Le terme « émulateur » est utilisé pour désigner le programme réalisant cette traduction.
On appelle jeu d’instructions l’ensemble des opérations élémentaires qu'un processeur peut accomplir. Le jeu d'instruction d'un processeur détermine ainsi son architecture, sachant qu'une même architecture peut aboutir à des implémentations différentes selon les constructeurs.
Le processeur travaille effectivement grâce à un nombre limité de fonctions, directement câblées sur les circuits électroniques. La plupart des opérations peuvent être réalisé à l'aide de fonctions basiques. Certaines architectures incluent néanmoins des fonctions évoluées courante dans le processeur.
L'architecture CISC (Complex Instruction Set Computer, soit « ordinateur à jeu d'instruction complexe ») consiste à câbler dans le processeur des instructions complexes, difficiles à créer à partir des instructions de base.
L'architecture CISC est utilisée en particulier par les processeurs de type 80x86. Ce type d'architecture possède un coût élevé dû aux fonctions évoluées imprimées sur le silicium.
D'autre part, les instructions sont de longueurs variables et peuvent parfois nécessiter plus d'un cycle d'horloge. Or, un processeur basé sur l'architecture CISC ne peut traîter qu'une instruction à la fois, d'où un temps d'exécution conséquent.
Un processeur utilisant la technologie RISC (Reduced Instruction Set Computer, soit « ordinateur à jeu d'instructions réduit ») n'a pas de fonctions évoluées câblées.
Les programmes doivent ainsi être traduits en instructions simples, ce qui entraîne un développement plus difficile et/ou un compilateur plus puissant. Une telle architecture possède un coût de fabrication réduit par rapport aux processeurs CISC. De plus, les instructions, simples par nature, sont exécutées en un seul cycle d'horloge, ce qui rend l'exécution des programmes plus rapide qu'avec des processeurs basés sur une architecture CISC. Enfin, de tels processeurs sont capables de traîter plusieurs instructions simultanément en les traitant en parallèle.
Au cours des années, les constructeurs de microprocesseurs (appelés fondeurs), ont mis au point un certain nombre d'améliorations permettant d'optimiser le fonctionnement du processeur.
Le parallélisme consiste à exécuter simultanément, sur des processeurs différents, des instructions relatives à un même programme. Cela se traduit par le découpage d'un programme en plusieurs processus traités en parallèle afin de gagner en temps d'exécution.
Ce type de technologie nécessite toutefois une synchronisation et une communication entre les différents processus, à la manière du découpage des tâches dans une entreprise : le travail est divisé en petits processus distincts, traités par des services différents. Le fonctionnement d'une telle entreprise peut être très perturbé lorsque la communication entre les services ne fonctionne pas correctement.
Le pipeline (ou pipelining) est une technologie visant à permettre une plus grande vitesse d'exécution des instructions en parallélisant des étapes.
Pour comprendre le mécanisme du pipeline, il est nécessaire au préalable de comprendre les phases d'exécution d'une instruction. Les phases d'exécution d'une instruction pour un processeur contenant un pipeline « classique » à 5 étages sont les suivantes :
Les instructions sont organisées en file d'attente dans la mémoire, et sont chargées les unes après les autres.
Grâce au pipeline, le traitement des instructions nécessite au maximum les cinq étapes précédentes. Dans la mesure où l'ordre de ces étapes est invariable (LI, DI, EX, MEM et ER), il est possible de créer dans le processeur un certain nombre de circuits spécialisés pour chacune de ces phases.
L'objectif du pipeline est d'être capable de réaliser chaque étape en parallèle avec les étapes amont et aval, c'est-à-dire de pouvoir lire une instruction (LI) lorsque la précédente est en cours de décodage (DI), que celle d'avant est en cours d'exécution (EX), que celle située encore précédemment accède à la mémoire (MEM) et enfin que la première de la série est déjè en cours d'écriture dans les registres (ER).
Il faut compter en général 1 à 2 cycles d'horloge (rarement plus) pour chaque phase du pipeline, soit 10 cycles d'horloge maximum par instruction. Pour deux instructions, 12 cycles d'horloge maximum seront nécessaires (10+2=12 au lieu de 10*2=20), car la précédente instruction était déjà dans le pipeline. Les deux instructions sont donc en traitement dans le processeur, avec un décalage d'un ou deux cycles d'horloge). Pour 3 instructions, 14 cycles d'horloge seront ainsi nécessaires, etc.
Le principe du pipeline est ainsi comparable avec une chaîne de production de voitures. La voiture passe d'un poste de travail à un autre en suivant la chaîne de montage et sort complètement assemblée à la sortie du bâtiment. Pour bien comprendre le principe, il est nécessaire de regarder la chaîne dans son ensemble, et non pas véhicule par véhicule. Il faut ainsi 3 heures pour faire une voiture, mais pourtant une voiture est produite toute les minutes !
Il faut noter toutefois qu'il existe différents types de pipelines, de 2 à 40 étages, mais le principe reste le même.
La technologie superscalaire (en anglais superscaling) consiste à disposer plusieurs unités de traitement en parallèle afin de pouvoir traiter plusieurs instructions par cycle.
La technologie HyperThreading (ou Hyper-Threading, noté HT, traduisez HyperFlots ou HyperFlux) consiste à définir deux processeurs logiques au sein d'un processeur physique. Ainsi, le système reconnaît deux processeurs physiques et se comporte en système multitâche en envoyant deux thréads simultanés, on parle alors de SMT (Simultaneous Multi Threading). Cette « supercherie » permet d'utiliser au mieux les ressources du processeur en garantissant que des données lui sont envoyées en masse.
Un processeur multi-cœur est tout simplement un processeur composé non pas de 1 mais de 2 (ou 4 ou 8) unités de calcul. Ainsi, pour un processeur bi-cœur (ou DualCore) le processeur dispose à fréquence d’horloge égale d’une puissance de calcul deux fois plus importante. Pour autant, le gain n’est pas systématiquement visible. En effet, il faut que les logiciels et les systèmes d’exploitation sachent gérer correctement ces processeurs afin qu’un gain significatif soit perceptible. Ainsi, sous Windows, seul Vista exploite correctement ces processeurs. Dans ce cas, la version 64 bits est conseillée.
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Tutoriaux et dossiers informatique
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Il existe de nombreux types de mémoire vive (RAM). Celles-ci se présentent sous la forme de barrettes que l'on enfiche sur la carte mère. Les différents formats de mémoires :
Ce type de mémoire était utilisé avec les anciens systèmes : les barrettes SIMM à 30 connecteurs (8 bits) équipaient les PC 286 et 386, et les barrettes SIMM à 72 connecteurs (32 bits) équipaient les PC 386DX, 486 et les premiers Pentium.
Ce type de mémoire est actuellement utilisé dans nos PC. Il s'agit de mémoires 64 bits. Leur dimension est de 130x25mm. Contrairement aux mémoires de type SIMM, les mémoires DIMM possèdent des puces de mémoire de part et d'autre de la barrette. Les différents types de mémoires :
Ce type de mémoire est apparu en 1995. La principale caractéristique de ce type de mémoire est sa capacité à adresser la colonne suivante pendant la lecture des données d'une colonne. Le temps d'accès à la mémoire EDO est de 50 à 60 nanosecondes pour une fréquence allant de 33 à 66 MHz. N'étant pas capable de supporter des fréquences supérieures à 66 MHz, ce type de mémoire a disparu au profit de la mémoire SDRAM.
Ce type de mémoire est apparu en 1997 pour remplacer la mémoire EDO. La SDRAM permet, contrairement à la mémoire EDO, une lecture des données synchronisée. Celle-ci est capable de fonctionner à des fréquences allant jusqu'à 150 MHz avec des temps d'accès d'environs 10 nanosecondes.
Ce type de mémoire est basé sur la technologie de la mémoire SDRAM, qui permet de doubler le taux de transfert de la SDRAM à fréquence égale.
Ce type de mémoire est capable de fonctionner à une fréquence de 800 MHz, ce qui lui confère une bande passante de 1,6 Go/s. Ce type de mémoire a été conçu par les sociétés RAMBUS et Intel. Il s'agit d'un type de mémoire propriétaire. Quel type de mémoire pour mon processeur ?
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A. Le rôle de la carte mère
La carte mère est une plaque électronique (PCB) dont la taille peut varier selon sa norme. La norme standard est l’ATX.
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ATX |
Ordinateur de bureau |
305x244 mm² |
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µATX |
Barebone et mini PC |
244x244 mm² |
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BTX |
Ordinateur de bureau |
325x267 mm² |
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ITX |
Mini PC |
170x170 mm² |
Elle possède une multitude de connecteurs différents : socket pour processeur, slot pour la RAM, prise ATA ou SATA pour disque dur et lecteurs CD/DVD, prise USB, audio, FireWire... Ces connecteurs sont plus ou moins nombreux et exploitent des technologies plus ou moins avancées selon le modèle et le segment de gamme de la carte mère.
La carte mère est le socle qui fait fonctionner les composants et les technologies de nos ordinateurs. Au montage d’un ordinateur on fixe la carte mère en premier puis on connecte sur elle tous les éléments électroniques : processeur, mémoire, carte graphique, carte d’extension PCI, mais aussi les disques durs, lecteur de CD/DVD, clavier, souris, enceinte...
La carte mère a un rôle central et primordial. Mais c’est plus particulièrement le chipset ou jeu de composant qui l’équipe qui fait fonctionner l’ensemble. Pour cela, le chipset établit et gère les dialogues entre les différents composants.
La carte mère a un rôle central et primordial. Mais c’est plus particulièrement le chipset ou jeu de composant qui l’équipe qui fait fonctionner l’ensemble. Pour cela, le chipset établit et gère les dialogues entre les différents composants.
Beaucoup de chipsets ont été crées au cours du temps. L’arrivée d’un nouveau processeur entraîne irrémédiablement la création d’une nouvelle plateforme pour le faire fonctionner. Plateforme qui est elle-même divisée en plusieurs gammes, des chipsets plus ou moins élaborés, ayant plus ou moins de fonctions donc à des coûts variables pour équiper toutes les gammes de carte mère.
Pour complexifier l’univers des chipsets, chaque constructeur de carte mère peut utiliser un chipset sans utiliser toutes les fonctions qu’il propose, les liens de transmission câblés sur la carte mère varie d’un constructeur de chipset à l’autre, d’une architecture processeur à l’autre. On trouve deux grandes familles de chipset ; Nvidia et Intel pour deux grandes plateformes Intel et Amd.
· A. Composition d'un chipset
Le chipset (jeu de composant) est soit une puce le northbridge (ou pont nord) soit divisé en deux puces aux rôles complémentaires : Le nortbridge et le southbridge (pont nord et sud). Son
rôle est de réguler les liaisons entre les différents éléments, d’établir les connexions, d’envoyer les ordres et de faire transiter les informations. Pour cela le chipset est câblé avec tous les
éléments de la carte mère avec des lignes (ou bus). Ces lignes sont en fait multiples et se divisent en 3 grandes fonctions :
- les lignes de données qui transportent les informations,
- les lignes d’adresse qui transportent les adresses mémoire, dont le processeur à besoin,
- et les lignes de commandes qui transportent les commandes envoyées d’un composant à un autre. Il a un rôle d’aiguilleur pour faire transiter les informations d’un sous-ensemble à un
autre.
· B. Northbridge et Southbridge
Il gère généralement le processeur, la mémoire et le port de la carte graphique (AGP ou PCI-Express) et est interconnecté avec le southbridge. Remarquez que pour les chipsets actuels composés d’une puce unique, sans southbridge, il ne gère pas la mémoire, mais les disques durs (ata, SATA) et les ports d’extension (PCI, PCI express). On les retrouve sur les plateformes nvidia pour processeur AMD, tirant parti du fait que les processeurs AMD intègrent le contrôleur mémoire en leur sein ce qui décharge le northbridge de ce rôle.
Il interconnecte le northbridge, les ports ata et SATA, le système audio, les ports externes et les ports d’extension (PCI, PCI express 1x et 4x) et quelquefois le deuxième port graphique x16. Il possède donc la capacité de faire fonctionner tous ces types de composants. Pour être plus précis, il est secondé par des chipsets complémentaires (PHY). Ces puces spécialisées (réseau, audio, USB...) gèrent les connecteurs et communiquent avec le Southbridge.
· C. DMI ou HyperTransport
DMI (Direct Media Interface de Intel) ou HyperTransport (de Nvidia) sont les noms du bus qui relie le northbridge au southbridge.
Chaque constructeur de carte mère implémente sa propre liaison, il est d’ailleurs assez difficile d’avoir des renseignements précis sur sa nature et son fonctionnement, variant en plus beaucoup d’un constructeur à l’autre.
La liaison autorise un débit très élevé de 1 Go/s à 8 Go/s, mais cette vitesse n’influe pas forcément sur les performances, l’architecture étant bien différente.
· D. Les chipsets complémentaires
Des chipsets complémentaires sont soudés sur la carte pour apporter des fonctions que les chipsets ne gèrent pas ou plus.
Par exemple, les nouveaux chipsets Intel ne gèrent plus les ports ATA pour disque dur et lecteur cd/dvd, un contrôleur supplémentaire interfacé avec le southbridge est là pour apporter cette fonction.
Des fonctions avancées sont elles-mêmes gérées par des composants à part, par exemple le son HD multicanal, le dolby digital live, le wifi...
Les bus
· A. Les différents type de bus
Les bus sont les lignes qui relient les différents composants. Ils sont nombreux et fonctionnent avec des débits différents. En réalité, il y a 3 types de lignes différents :
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bus |
largeur |
fréquence |
débit |
|
PCI |
32 bits |
33 MHz |
133 Mo/s |
|
AGP 8x |
32 bits |
66 MHz |
2,13 Go/s |
|
PCI-X |
64 bits |
133MHz |
4,26 Go/s |
|
PCI Express 1x |
1 bit |
100 MHz |
500 Mo/s |
|
PCI Express 4x |
4 bits |
100 MHz |
2 Go/s |
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PCI Express 8x |
8 bits |
100 MHz |
4 Go/s |
|
PCI Express 16x |
16 bits |
100 MHz |
8 Go/s |
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Processeur (fsb 266MHz) |
64 bits |
266 MHZ |
8,53 Go/s |
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Mémoire (ddr2-667) |
64 bits |
166 MHz |
5,328 Go/s |
· B. Des bus et des ponts
Le processeur a évidemment un rôle central et doit pouvoir communiquer avec tous les périphériques. Cependant, le processeur n’est pas connecté directement avec tous les périphériques, cette solution rendrait les cartes mères trop complexe et nécessiterait un changement de processeur à chaque nouvelle technologie de composant.
Les périphériques se connectent sur un bus relié au processeur. Chaque périphérique dialogue avec le processeur avec un protocole de communication commun. Ce standard de communication permet donc de limiter les connecteurs et les technologies donc les coûts et permet facilement de supporter les nouveaux composants. D’où l’universalité et l’évolution des éléments intégrés dans nos ordinateurs : compatible PC.
Ceci est une simplification du fonctionnement réel, car ce sont en fait les contrôleurs de composant (disque dur, mémoire...) qui se connectent à ce bus commun affranchissant les périphériques en eux-mêmes de ce contrôle. Du côté du processeur un contrôleur de bus (gestionnaire des protocoles de communications) externe au processeur est chargé de dialoguer sur ces bus. C’est ce qu’on appelle les ponts (bridge).
Il est rare qu’un protocole remplace complètement l’autre lors de l’évolution des technologies. C’est pourquoi les nouveaux standards comme le PCI Express sont ajoutés dans la liste des protocoles soutenus ce qui permet de garder les anciens ports PCI et même ISA (bus LPC).
Il n’y a pas qu’un seul bus qui pourrait poser des problèmes de bouchons et de transmissions, de plus certains périphériques ont besoin de bien plus de bande passante que d’autre (par exemple : carte réseau / mémoire). Il y a donc plusieurs types de bus fonctionnant à des fréquences et des transmissions en parallèle ou en série, donc débits différents.
Les transmissions séries, c’est-à-dire avec un seul fil sur lequel transite toutes les données sont l’avenir, ils permettent des montées en fréquence, à opposer aux anciennes transmissions parallèles sur plusieurs fils, qui posaient des problèmes de synchronisations et de gestions lors des montées en fréquences.
· C. Le bus processeur et le bus de commande
Le socket processeur est unique pour chaque génération de processeur. Il limite donc l’évolutivité de la configuration. Les sockets actuels sont pour Intel le LGA775 et pour AMD l’AM2.
Ce socket permet d’accueillir les multiples broches du processeur qui sont autant de lignes qui constituent le bus processeur. Chaque génération de processeur a un nombre de broches différent et des fonctionnalités particulières pour chacune d’elle, d’où l’incompatibilité d’une génération à l’autre.
Le bus processeur ou FSB (Front Side Bus) relie le processeur au northbridge et indirectement à tous les autres éléments de la carte mère. Il est un des plus influent sur les performances générales du système.
Ce bus est constitué de trois bus aux rôles différents le bus de données, le bus d’adresse et le bus de commande.
Le bus de commande
Le bus de commande ou bus de contrôle transporte les ordres et les signaux de synchronisation entre le processeur et les autres composants.
Le bus de commande permet d’envoyer les requêtes associées avec l’envoi des données et des adresses dans les deux autres bus. Par exemple, les requêtes de lecture ou d’écriture lors de transfert entre processeur et mémoire.
· D. Le bus de d'adresse et le bus de données
Le bus de d’adresse
Le processeur est un super calculateur ultra rapide, mais encore faut-il qu’il ait des données à calculer ! C’est le rôle de la mémoire de contenir les données, mais aussi d’autres périphériques. Dès que le processeur a besoin d’une donnée, il envoie son adresse par le bus d’adresse en direction du composant visé. Bien souvent une adresse en mémoire vive, mais aussi un autre composant ou périphérique grâce aux ports d’Entrée/Sortie qui sont des identifiants uniques qui les caractérisent. La mémoire ou le périphérique reçoit le signal d’adressage et renvoie la donnée visée par le bus de données. De même lorsque le processeur veut envoyer des données à un composant, il envoie les données par le bus de données et l’adresse où il souhaite qu’elle soit sauvegardée par le bus d’adresse.
La largeur du bus d’adresse entre processeur et mémoire influent sur les quantités de mémoire adressable donc la quantité de mémoire que l’on peut utiliser sur une plateforme. Au début de l’informatique le bus de 20 bits permettait d’adresser 1 Mo de mémoire vive maintenant avec des bus à 36 bits (des Pentium 4 par exemple) permettent d’adresser 64 Go de mémoire vive !
Le bus de données
C’est souvent lui qui définit l’ensemble du bus processeur pour le grand public, son débit étant mis en avant. Il est vrai que pratiquement toutes les informations doivent y passer, d’où son importance.
Sa fréquence de fonctionnement dépend du processeur utilisé et n’a de cesse d’augmenter dès qu’une nouvelle génération de processeur apparaît, complètement lié aux caractéristiques de celui-ci.
Les nouveaux processeurs utilisent un bus à 266 MHz pour une largeur de 64 bits, fournissant un débit de plus de 8 Go/s. Calculé assez simplement par la formule :
Débit = (fréquence du bus ) x (largeur du bus en d’octet) x 4,
x 4 car le bus utilise la technologie QDR (cf ci-après)
d’où 266 * 8 * 4 = = 8512 Mo/s = 8 Go/s.
· E. Le bus mémoire
Le contrôleur mémoire est présent dans le northbridge (Intel) ou inclut dans le processeur pour les modèles AMD. C’est ce contrôleur qui permet de gérer de la DDR ou de la DDR2 avec des fréquences et des latences plus ou moins élevées.
Un contrôleur de qualité est nécessaire pour faire fonctionner convenablement de la mémoire haut de gamme.
Le bus mémoire fonctionne à 64 bits comme le bus processeur. La fréquence du bus est modulable selon celles supportées par les barrettes qui l’équipent. Par exemple la DDR2 667 (dénommé PC5300 ou PC 5400) fonctionne à 667 MHz (333 MHz en réalité) pour un débit de 5318 Mo/s d’où son nom.
· F. Le bus d’extension (PCI, PCI Express 1x / 4x)
Géré par le southbridge, le PCI offre un débit de 133 Mo/s. Il est en fin de vie, son débit n’étant plus suffisant et même limitant beaucoup les performances, car la bande passante est divisée entre les périphériques connectés.
Le PCI Express 1x et 4x (500 Mo/s et 2000 Mo/s) le remplace avantageusement. La bande passante est beaucoup plus importante et garantie pour chaque port.
Les interfaces rapides (contrôleur SATA par exemple) peuvent maintenant être utilisées efficacement sans goulet d’étranglement du bus PCI.
La principale différence du PCI Express par rapport au PCI est l’utilisation de ligne de transmission série là où le PCI utilise des transmissions en parallèle.
En série, les bits sont envoyés sur une seule et même ligne. Cette solution facilite la synchronisation des envois et permet d’augmenter plus facilement le débit par rapport à l’utilisation de multiple ligne parallèle.
Une ligne PCI Express est une paire de liens fonctionnant chacun à 2,5 Gbit/s chacun, soit 250 Mo/s et pas 320 Mo/s car pour un octet (8 bits) le bus transmet en réalité 10 bits.
Cette transmission série est d’ailleurs utilisée par les ports SATA, USB ou FireWire en remplacement des anciennes technologies parallèles des ports Ata ou port Parallèle de nos anciennes imprimantes.
· G. Le bus graphique (AGP, PCI Express 16x)
L’ancien AGP est déjà remplacé depuis plusieurs années par le PCI Express 16x, mais il n’est pas mort pour autant. L’AGP fonctionne à 66 MHz pour un débit de 2 Go/s. Débit très important afin de faire transiter les données graphiques.
Le PCI Express 16x fonctionnel lui à 100 MHz pour un débit de 8 Go/s. Ces ports sont donc connectés par 16 lignes PCI Express.
Les systèmes SLI NVIDIA ou CrossFire d’ATI permettent de faire fonctionner deux cartes graphiques ensemble, les cartes mères sont alors équipées de deux ports PCI Express.
Cependant, les deux ports ne fonctionnent pas obligatoirement en 16x, le nombre de ligne activable est limité. Ils peuvent fonctionner en 16x/4x ou 8x/8x, à vérifier selon les constructeurs.
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Bus |
Fréquence |
Bande Passante |
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PCI |
33 MHz |
0,133 Go/s |
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AGP |
v66 MHz |
2 Go/s |
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PCI-Express 1x |
100 MHz |
0,5 Go/s |
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PCI-Express 4x |
100 MHZ |
2 Go/s |
|
PCI-Express 8x |
100 MHz |
4 Go/s |
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PCI-Express 16x |
100 MHz |
8 Go/s |
· H. DDR (Dual data Rate) et QDR (Quadruple Data Rate).
Le moyen le plus évident pour augmenter la vitesse d’un bus est d’augmenter sa fréquence. Cependant, de fortes contraintes technologiques interdisent une montée sans limites, la plus pénalisante est le dégagement calorifique. Plus un composant fonctionne à des fréquences élevées plus il dégage de chaleur. Ennemi de tout composant électronique, la chaleur au mieux limitera sa durée de vie et au pire le détruira purement et simplement.
Pour augmenter la bande passante, les ingénieurs ont donc multiplié les moments où les données sont transférées. Sur un bus, les données sont transmises à chaque tape d’une horloge qui fournit un signal sinusoïdal (passant d’une valeur maximum à une valeur minimum alternativement) afin que la transmission soit synchrone.
Habituellement sur un bus, les données sont envoyées sur le front montant quand le signal d’horloge passe de sa valeur minimale à sa valeur maximale.
La première solution a été d’envoyer les données sur le front montant et sur le front descendant (quand le signal passe de sa valeur maximale à minimale) d’où une synchronisation conservée et une bande passante doublée. C’est le Double Data Rate (Double transfert de données) ou bus DDR.
Mais les ingénieurs ne se sont pas arrêtés là. Pour encore augmenter la bande passante, une autre technique est utilisée, le QDR ou Quadruple Data Rate. Le signal de base de l’horloge est dédoublé. Les deux signaux d’horloge fournissent alors deux fronts montants et descendants soit 4 tapes de synchronisation. Ce qui permet de fournir un taux de transfert quadruplé à fréquence égale. C’est le bus Quad Pumped d’Intel.
L'élément constitutif principal de l'ordinateur est la carte mère (en anglais « mainboard » ou « motherboard », parfois abrégé en « mobo »). La carte mère est le socle permettant la connexion de l'ensemble des éléments essentiels de l'ordinateur.