Présentation d’une carte mèreCe superbe article est de notre Administrateur MaTheRyS
(En anglais : motherboard, souvent désignée par le terme Mobo ou MB ou CM)
Introduction :La carte mère est en fait la pièce centrale d’un ordinateur, le système nerveux destiné à coordonner le fonctionnement de tous les autres éléments qui viennent s’y connecter. Dans l’assemblage d’une configuration, le choix d’une bonne carte mère est primordial ; aussi bien pour les performances, que pour les fonctions embarquées, que pour les capacités d’évolution de la configuration.
Alors que dans le passé, les cartes mères n’embarquaient que peu de fonctionnalité, aujourd’hui la situation a bien évoluée et il est commun de trouver des éléments tels que la carte son, la carte réseau, la carte graphique,… directement intégrés à la carte mère sous la forme de puces et circuits directement soudés sur celle-ci.
Les différents formats de cartes mères sont documentés dans
ce sujet.
Les composants d’une carte mère :Voyons quels sont les éléments qui composent une carte mère. (Ceux-ci peuvent varient d’une carte à l’autre)
PCB : Printed Circuit BoardC’est tout simplement la carte à circuit imprimé. Elle peut se présenter sous différentes couleurs, au libre choix du fabricant (vert, rouge, noir, blanc…). Plus que d’être un simple support sur lequel viennent se souder les éléments, le PCB est un véritable système nerveux reliant chaque composant de la carte entre eux. Il est généralement composé de plusieurs couches et sur chacune on trouve un réseau de connections. Pour illustrer cette explication, vous pouvez imaginer un immeuble ou chaque étage correspond à une couche du PCB, les connexions étant symbolisées par le réseau électrique parcourant tous les étages de cet immeuble.
Les réseaux de connections étant donc très fins, nombreux sont les utilisateurs ayant rendu leur carte mère inutilisable à cause d’un simple coup de tournevis en montant par exemple le radiateur de leur CPU.
CHIPSET : Jeu de composant ou Jeu de circuitLe Chipset est un circuit intégré qui va prendre en charge, réguler et synchroniser le dialogue entre les divers éléments de la carte mère (Ram, bus pci, bus pci express, CPU, puce audio, réseau, bios…). C’est un petit peu le chef d’orchestre de la carte mère.
Le Chipset est la pièce la plus importante de la carte mère, il va déterminer quelles seront les fonctions embarquées par la carte. Son importance est telle que pour choisir une carte mère, on commence par choisir le chipset que l’on désire et ensuite, on voit chez quel constructeur et quel modèle de carte mère se tourner. Responsable en partie des fonctions embarquées, de la performance de la plate forme, des capacités d’overclocking…
Il peut se composer d’une ou deux puces. La première et la plus importante appelée Northbridge gère généralement les échanges entre le cpu, la ram, les principaux ports pci express. La seconde, le Southbridge est en généralement dédiée à la gestion des fonctions annexes tel les port serail ATA, IDE, l’audio, le réseau, le raid…
Bien entendu, ces listes ne sont pas exhaustives et varient d’un chipset à l’autre selon les besoins du fabricant et sa volonté de faire gérer ces fonctions par l’une ou l’autre puce.
Le Chipset n’est pas toujours composé de 2 puces, il peut n’y avoir qu’une puce, le northbridge qui gère quasiment tout, comme dans le cas des AMD Athlon 64 (où le contrôleur mémoire est intégré directement au CPU).
SOCKET : Il s’agit de l’emplacement physique dans lequel le CPU va s’insérer.
Voir cet article pour avoir un aperçu des différents sockets :
ICI
PORTS PCI : Peripheral Component InterconnectCe sont des ports destinés à recevoir des cartes d’extension. Les ports PCI sont liés au Bus PCI qui peut fonctionner à différentes vitesses.
Successeur du port ISA, le port PCI est apparu en 1992 au temps des intel i486 (avant les pentiums premiers du nom), on peut dire qu’il aura eu une espérance de vie extrêmement longue (en informatique du moins). Encore en utilisation de nos jours, il est remplacé progressivement par le port PCI Express au fur et à mesure de la sortie de cartes à ce format. Il n’était pas rare de trouver jusqu’à 5 ou 6 ports CPI sur les cartes mères alors qu’aujourd’hui la moyenne est de 1 à 3.
Le bus PCI, initialement prévu pour fonctionner de manière synchrone et unidirectionnel sur une largeur de 32 bits, a évolué pour supporter une largeur de 64 bits sur certaines cartes professionnelles. Selon ses révisions, il fonctionne à différentes fréquences et tensions (certaines de ces évolutions n’ayant jamais été implantées sur les cartes grand public mais destinées aux cartes professionnelles) :
La version que l’on trouve sur les cartes mères grand public de nos jours est la version 2.2 (2.3 ?) : bus 32 bits, fréquence 33 MHz, tension 3.3 v, bande passante 133 Mo/s.
Plus d’informations sur le site du consortium PCI SIG :
http://www.pcisig.com/specifications/conventional/
PORT AGP :Aujourd’hui obsolète car complètement remplacé par le port Pci Express, le port AGP est encore présent sur certaines cartes mères moins récentes, rendant celles-ci plus difficile à mettre à jour.
Le Bus AGP fonctionne à 66 MHz et peut exploiter plusieurs canaux.
Exprimé en X, l’AGP 1x permet un débit de 250 Mo/s, l’AGP 2x 500Mo/s, l’AGP 4x 1 Go/s et l’AGP 8x 2Go/s.
Inutile de s’attarder sur ce bus en fin de vie.
PORTS PCI EXPRESS :Encore une fois apportés par Intel, Les ports PCI Express (et donc le bus PCI Express) sont destinés à remplacer à terme les ports AGP et PCI.
La transition AGP -> Pci Express ayant déjà été effectuée depuis un bon moment sans problème majeur puisque cela concernait uniquement les cartes graphiques, la transition PCI -> Pci Express est plus problématique vu le parc très important de carte PCI encore en utilisation dans tous les domaines.
Ne trouvant aujourd’hui plus que de 1 à 3 ports PCI sur les cartes mères, cette transition est déjà en marche mais prendra vraisemblablement plus de temps, les constructeurs de cartes additionnelles trainant un peu la pate à passer sur le format PCI Express.
Le bus Pci Express utilise une interface Série basé sur plusieurs lignes bidirectionnelles et permet des échanges en Full Duplex. Il se décline en plusieurs formats, exprimé en X et de différentes longueurs.
1X en Pci Express correspond à un bus d’une ligne d’un débit de 250 Mo/s.
2X correspond à un bus de 2 lignes de 250Mos/ donc un total de 500Mo/s et ainsi de suite :
Pci Express 1X = 250 Mo/s
Pci Express 2X = 500 Mo/s
Pci Express 4X = 1 Go/s
Pci Express 8X = 2 Go/s
Pci Express 16X = 4 Go/s
EMPLACEMENTS RAM :Naturellement, ce sont les emplacements où l’on insère les barrettes de RAM. Ils peuvent varier en nombre et en format suivant le type de RAM utilisée. Et le type de RAM utilisée dépend du Chipset et du fabricant dans le cas où le Chipset peut supporter plusieurs types de RAM.
CONNECTEURS BOITIER :Vous trouverez sur chaque carte mère, une série de connecteurs internes permettant de raccorder votre boitier. Généralement il s’agit des connecteurs pour le bouton POWER, le RESET, le voyant d’activité du disque dur et un autre connecteur pour brancher le petit speaker de votre boitier.
Si les branchements ne sont pas sérigraphiés directement sur la carte mère, vous trouverez leur correspondance dans le manuel de votre carte mère.
CONNECTEURS VENTILATEURS :Des connecteurs pour les ventilateurs sont présents sur chaque carte mère. Leur nombre peut varier d’un modèle à l’autre. En général, ils peuvent être régulés grâce à certaines fonctions de la carte mère, les réglages de ces fonctions de régulation se trouvent dans le BIOS.
En majorité ces connecteurs ont 3 pins, 2 pour le fonctionnement électrique (+ et masse) et un 3ème pour le monitoring (permet de voir à quelle vitesse tourne le ventilateur).
Mi-2004, Intel introduisit avec ces nouveaux chipsets l’adoption de connecteurs 4 pins pour le ventilateur du CPU. Ce 4ème connecteur permet une gestion plus efficace des variations de vitesse du ventilateur (gestion PWM). Cependant, un ventilateur classique à 3 pins peut être branché sans problème sur ce connecteur 4 pins.
CONNECTEUR D’ALIMENTATION :Il permet de relier l’alimentation à la carte mère afin d’alimenter celle-ci ainsi que tous les composants qui y sont connectés.
Il peut varier de 20 à 24 broches suivant la norme ATX dont dépend la carte mère.
On peut trouver d’autres connecteurs d’alimentation situés sur la carte mère afin de pourvoir aux besoins électriques de certains éléments. PCI Express, Ram…
ETAGE D’ALIMENTATION :Souvent désigné par Mofset, l’étage d’alimentation est responsable de la stabilité de la tension apportée au CPU. Souvent refroidi par des radiateurs sur les cartes haut de gamme, il peut être découplé en plusieurs phases afin de réguler au mieux la tension tout en dégageant le minimum de chaleur.
BIOS : Basic Input Output SystemLe BIOS est un ensemble de routine contenue dans une puce de type EEPROM ou FLASH à même la carte mère. Il est utilisé afin de fournir une prise en charge de bas niveau du matériel, permettant d’initialiser les différents éléments de la carte mère et des périphériques tel que les disques durs.
On s’intéressera particulièrement au BIOS pour effectuer les modifications pour l’overclocking, permettant de faire varier les différents paramètres liés aux fréquences.
Les BIOS, fournis par les fabricants de carte mère, sont différents d’une carte à l’autre, intégrant plus ou moins de réglages. Les cartes bas de gamme ne fournissent en général qu’un panel de réglages très limité alors que les cartes haut de gamme fournissent un BIOS bien plus complet, voir même complexes à appréhender pour certaines cartes.
Variant d’un fabricant à l’autre, certaines marques comme DFI sont réputés pour fournir des BIOS très fournis.
Les réglages effectués dans le BIOS sont contenus dans une partie de celui-ci appelé CMOS.
Le CMOS est en fait une mémoire vive et volatile, elle est continuellement alimentée par une batterie située sur la carte mère (la Pile). Prévue pour fonctionner plusieurs années, si cette pile vient à se décharger complètement, il faudra, après sont remplacement effectuer à nouveau tous les réglages dans le BIOS.
Contenu dans des puces réinscriptibles (au contraire des anciens BIOS sur de simples ROM), il est possible et même recommandé de mettre le BIOS à jour en utilisant la dernière version du micro-logiciel fourni par le fabricant. Les mises à jour de ces micro-logiciel permettent généralement de corriger des bugs, de prendre en charge de nouveaux matériels…
On défini par Flashage ou Flasher le BIOS, le fait de mettre à jour le BIOS de sa carte mère.
Le BIOS pourrait à terme laisser la place à son successeur, l’EFI (Extensible Firmware Interface), permettant une plus grande souplesse d’utilisation, proposant une interface graphique plus aboutie et permettant une meilleure interdépendance entre le matériel et le système d’exploitation.
PORT FLOPPY :Il s’agit du connecteur pour brancher la nappe du lecteur de disquette.
PORTS IDE : Integrated Drive ElectronicsC’est une interface de connexion pour les disques durs, CD-Rom, DVD-Rom ainsi que d’autres périphériques (lecteurs Zip par exemple).
L’interface IDE fonctionne conjointement avec les protocoles ATA (Advanced Technology Attachment) ou ATAPI (ATA with Packet Interface extension).
Le protocole ATA est destiné aux disques durs.
Le protocole ATAPI est destiné aux lecteurs/graveurs CD-Rom et DVD-Rom.
L’un et l’autre sont conjointement liés dans leurs évolutions.
Alors que les évolutions ATA-1, ATA-2 et ATA-3 sont aujourd’hui complètement obsolètes, les évolutions ATA-4, 5, 6 et 7 sont encore utilisées. Elles correspondent aux standards UDMA33, 66, 100 et 133, nommés ainsi en fonction de leur débit (33, 66, 100, 133 Mo/s).
Le fonctionnement de l’interface ATA et de type parallèle. Il fonctionne selon un principe de Maitre et esclave, permettant le branchement de 2 périphériques ATA sur la même nappe.
La connectique des périphériques IDE passent par des connecteurs 40 broches. Jusqu’à la version UDMA 33, la nappe était composé de 40 câbles, à partir de l’UDMA 66, elle se compose de 80 câbles tout en gardant son connecteur 40 broches. Longueur maximale préconisée pour les câbles IDE : 45cm.
L’alimentation électrique des périphériques IDE se faisant généralement par une simple prise molex 4 pins.
L’ATA disparait progressivement au profit de son évolution, le SATA (Serial ATA) qui adopte un mode de fonctionnement en série, ainsi que d’autres améliorations. Les cartes mères récentes ne comportent généralement plus qu’un seul port ATA pour raison de compatibilité avec le matériel existant encore sur le parc informatique.
Aujourd’hui, pour une meilleure distinction entre les 2 formats, on a donc tendance à nommer l’ATA par les termes P-ATA ou Parallel ATA.
PORTS SATA : Serial ATA (Serial Advanced Technology Attachment)Successeur du P-ATA, le Serial ATA est lui aussi une interface de connexion pour les unités de stockage de masse tel les disques durs ou les lecteurs/graveurs CD-Rom et DVD-Rom.
Il adopte un fonctionnement de type Série.
A ce jour, 2 normes Sata existent le SATA et le SATA2. Elles sont compatibles entre elles : il est possible de brancher un disque SATA1 sur un port SATA2 et il est aussi possible de brancher un disque SATA2 sur un port SATA1 (il fonctionnera en SATA1).
Le SATA comprend les améliorations suivantes : le branchement à chaud (hot plug), une connectique plus pratique (câbles fins), connecteurs à 7 broches de 8mm de large, un débit théorique de 150 Mo/s pour le SATA 1. Longueur maximale préconisée : 1m.
Le connecteur d’alimentation est physiquement différent des périphériques IDE mais un simple adaptateur peut être utilisé si votre alimentation ne possède pas de prises SATA.
Le SATA 2 reprend les qualités du SATA1 en y apportant quelques améliorations supplémentaires : un débit théorique de 300 Mo/s, la gestion du NCQ et la possibilité d’utiliser des multiplicateurs de ports.
NCQ (Native Command Queuing) : technologie permettant d’optimiser l’accès aux données en permettant aux disques durs SATA2 de recevoir plusieurs requêtes simultanées et de décider l’ordre dans lequel les exécuter, permettant ainsi de réduire les temps d’accès. C’est un dérivé adapté au SATA de la technologie Tagged Command Queueing utilisée depuis longtemps sur les disques SCSI.
Attention cependant, sur certaines cartes mères les ports SATA ne sont pas forcément tous gérés par la même puce. Une partie peut être gérée par une puce et une autre par un autre jeu de composants et n’auront pas exactement les mêmes performances ou fonctionnalités.
BACK PANEL : 
Par ce terme, on désigne le panneau arrière de la carte mère où se situe toutes les connexions externes.
PORTS PS/2 :Les ports PS/2 sont des ports au format mini-Din destinés à brancher claviers et souris.
Ils sont amenés à disparaitre au profit du branchement par USB de ces mêmes périphériques.
CARTE SON ET CONNECTEURS AUDIO :La grande majorité des cartes mères récentes possède une carte son intégrée.
Par le passé, ces cartes intégrées avaient très mauvaise réputation car elles étaient très souvent basées sur le standard AC97, ne brillant pas par ses qualités et présentant souvent un phénomène de grésillement lié aux perturbations de fréquence engendrées par les composant sur la carte mère.
Aujourd’hui, la majorité des constructeurs de cartes mères ont adopté le standard High definition audio, largement supérieur à l’AC97. Proposant de base la gestion du son en 7.1 ,24 bit, 192 KHz, l’implémentation de ces cartes son récentes ne souffrent plus des interférences avec certains composants de la carte mère.
Largement suffisantes pour une utilisation quotidienne, ces chip audio possèdent une bonne qualité de restitution du son et un panel de fonctions intéressant. Elles ne correspondront cependant pas aux attentes des musiciens et aux utilisateurs très exigeants.
CONNECTEURS AUDIO INTERNES :Raccorder à la carte son intégrée, ils permettent de brancher les connecteurs audio supplémentaires situés sur votre boitier, généralement en façade.
PORTS USB : Universal Serial BusApparu en 1990, tout le monde connait l’USB aujourd’hui, devenu un standard dans la connexion de périphériques externes.
Il supporte le branchement et débranchement à chaud, en théorie jusqu’à 127 périphériques peuvent y être connectés. Il peut fournir directement l’alimentation pour les périphériques à faible consommation (max : 500 mA et 5V soit 2.5W).
Les 2 révisions de l’USB les plus connues et utilisées sont :
- L’USB 1.1 : 12Mbit/s
- L’USB 2.0 High Speed : 480 Mbit/s
Outre le débit supérieur, l’USB 2 apporte une autre nouveauté baptisée « On-The-Go » : elle permet la négociation d’une connexion et l’échange de données de périphériques directement branchés entre eux sans passer par l’ordinateur. L’exemple le plus parlant est celui d’un appareil photo numérique directement relié à une imprimante possédant cette fonction.
Bien qu’on puisse brancher plusieurs périphériques sur un seul port usb grâce à un concentrateur (sorte de prise multiple usb), les périphériques partageront alors la bande passante de ce bus USB.
C’est pour cette raison (et pour éviter d’utiliser des concentrateurs), qu’aujourd’hui on assiste à la multiplication des ports USB directement sur les cartes mères qui n’hésitent pas à en proposer jusqu’à 10 pour certaines.
Longueur maximale théorique du câble : 5m.
Plusieurs type de connecteurs usb existent :
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Dotée de connecteurs externes, les cartes mères ont le plus souvent du temps d’autres connecteurs USB internes. Ils permettent de brancher soit les connecteurs USB de votre boitier, soit un bracket PCI USB.
PORTS FIREWIRE :Lancé par Apple en 1990, concurrent de l’USB, le Firewire, aussi appelé IEEE 1394, iLink ou bien encore Lynx, est aussi un standard de connexion de périphériques externes. A la différence prêt qu’il a été prévu dès son lancement pour des périphériques gourmands en bande passante.
Plug and Play lui aussi, il permet le branchement de 63 périphériques par bus et les bus peuvent s’interconnecter entre eux. Il bénéfice du Hot Plug (branchement à chaud).
Utilisé par de nombreux périphériques et disposant d’atouts non négligeables, le FireWire n’a toutefois pas eu le succès escompté mise à part pour les caméras numériques où il règne en maître.
Les 2 principales révisions sont le FireWire 400 et le FireWire 800, autorisant respectivement une bande passante de 400 et 800 Mbit/s.
Longueur maximale théorique du câble : 4.5m.
Un des avantages non négligeables du FireWire est d’être utilisé nativement comme interface réseau entre 2 machines.
Le FireWire est en beaucoup de points supérieur à l’USB mais il a été trop longtemps confiné au monde du MAC, rendant difficile sa percée dans le domaine des PC.
PORTS RJ45 :On désigne par RJ45 le type de port le plus utilisé aujourd'hui en informatique pour le réseau ethernet.
Aucun point particulier à signaler, les performances de ces interfaces sont équivalentes à leurs homologues grand public sur port pci ou pci express.
Les interfaces réseaux intégrées peuvent être soit de 100 Mbit/s soit de 1GB/s Full Duplex.
Le brochage des cables ethernet peuvent différer suivant leur utilisation.
On utilise un cable droit pour la connection à des équipement tel que les hubs, switch, routeur...
Pour relier 2 machines directement entre elles sans passer par un équipement tiers, on utilisera un cable croisé.
PORT PARALLELE :Le port parallèle, souvent associé aux imprimantes dans le passé fut utilisé par bon nombre de périphériques. Le connecteur parallèle situé sur la carte mère est un port DB25.
Aujourd’hui dépassé en tout point, il n’est plus systématiquement présent sur les cartes mères.
PORT SERIE :Le port Série, ou plutôt interface RS-232 date de la même époque que le port parallèle, permettant dans le passé le branchement des modems ou souris, il est aujourd’hui devenu obsolète dans l’informatique familiale.
Cependant, il survivra certainement plus longtemps que le port parallèle du au fait qu’il est encore aujourd’hui énormément utilisé dans les milieux professionnels et industriel pour le contrôle de différentes machines.
