Nolan Mariotte
Si nous devions choisir l’un des éléments les plus importants de notre PC, ce ne serait pas l’unité centrale, mais la carte mère. Sans elle, les différents composants ne pourraient être utilisés à aucun moment, car il ne s’agirait que d’une série de pièces détachées, totalement inertes et incapables de faire quoi que ce soit. C’est pourquoi nous avons décidé de rédiger cet article de base dans lequel nous vous montrerons ce qu’est une carte mère, comme si c’était la première fois que l’on vous en parlait.
L’un des paradoxes les plus curieux du monde de l’informatique est le peu d’attention que l’on accorde généralement à la carte mère lors de l’achat ou de l’assemblage d’un PC. De nombreux utilisateurs, lorsqu’ils sont confrontés pour la première fois à un méli-mélo de connecteurs différents pour des fonctions différentes, cela peut être assez déroutant pour beaucoup d’entre eux. Dans cet article, nous allons vous présenter les différentes parties de la carte mère et la fonction de chacune d’entre elles.
Qu’est-ce qu’une carte mère ?
Une carte mère, un MoBo, ou quel que soit le nom qu’on lui donne, est une pièce de matériel à laquelle sont connectés les circuits qui composent un ordinateur. Chaque élément qui y est connecté peut l’être de l’une ou l’autre des manières suivantes :
- Soudé directement à la carte mère elle-même.
- Connecté via une prise.
- Utilisation d’un emplacement d’extension.
- Par un port ou une connexion.
Les fonctions de la carte mère sont doubles :
- Faire communiquer les différents composants entre eux de manière ordonnée et selon l’architecture générale d’un ordinateur.
- Fournir les circuits nécessaires à son alimentation, ainsi qu’à éviter les problèmes occasionnels d’alimentation. Il les connecte donc également à l’alimentation électrique.
Ordinateurs portables contre ordinateurs de bureau
Il convient de noter que, bien que nous n’utilisions pas le terme de carte mère lorsque nous parlons d’ordinateurs portables ou de mobiles, tous les appareils en utilisent une. Chaque système informatique, qu’il s’agisse d’un téléphone portable, qui n’est au fond qu’un PC de poche, d’une console ou d’une calculatrice, utilise une carte mère. Celle-ci est nécessaire pour relier l’unité centrale aux autres composants et pour que les périphériques communiquent entre eux. Outre la fourniture de l’énergie nécessaire à son fonctionnement.
Et c’est quoi ce truc qu’on appelle le chipset sur la carte mère ?
Aujourd’hui, le chipset de la carte mère n’est rien d’autre qu’une puce unique, ou au mieux deux puces (dans le cas de l’AMD X670). Le nom chipset vient de chipset on the motherboard (jeu de puces sur la carte mère). À l’origine, comme vous pouvez le voir sur l’image ci-dessus, il y avait un plus grand nombre de puces sur une seule carte mère. Que s’est-il passé ? Grâce à la loi de Moore, les puces ont été intégrées, ce qui explique que les cartes mères d’aujourd’hui soient très propres et simples en termes de circuits.
En d’autres termes, au fil du temps, les circuits complexes ont été réduits à un ou deux éléments. En outre, certains éléments, comme l’ancien Northbridge, sont devenus des contrôleurs de mémoire intégrés dans l’unité centrale. Le Southbridge ou contrôleur de périphérique est ce que le chipset a simplifié. Par exemple, les interfaces PCI Express plus larges s’appuient sur un contrôleur intégré à l’unité centrale et non au chipset, en particulier celles des premiers disques SSD et cartes graphiques.
La relation entre le chipset et l’unité centrale
La raison pour laquelle le chipset se trouve sur la carte mère est que, si toutes les interfaces vers les périphériques se trouvaient sur l’unité centrale, elles devraient se trouver à la périphérie de la puce afin de se connecter à chaque contrôleur, ce qui nécessiterait d’augmenter la taille de la puce. Cela signifie que la taille de l’unité centrale augmenterait et, par conséquent, le coût final de la puce.
En réalité, les unités centrales des ordinateurs portables disposent déjà de toutes les interfaces de périphériques et de composants dont elles ont besoin. Ils n’ont donc pas besoin d’un chipset supplémentaire pour gérer des connexions additionnelles. C’est pourquoi ils sont davantage un élément des PC de bureau, où les capacités d’extension sont évidemment beaucoup plus étendues.
Composants d’une carte mère
Sur une carte mère, outre le chipset, il existe une série d’interconnexions et de composants que l’on retrouve sur toutes les cartes. Dans certains cas, au lieu de disposer d’une interface pour connecter un composant spécifique, celui-ci est déjà soudé directement à la carte mère. C’est souvent le cas des ordinateurs portables et des systèmes beaucoup plus compacts.
C’est pourquoi nous allons nous concentrer sur la carte mère des ordinateurs de bureau. Nous pourrons ainsi définir les différents composants que l’on trouve dans chacun d’entre eux et leur utilité. Bien que beaucoup de nos lecteurs connaissent déjà les détails de chacun d’entre eux, ainsi que leur utilisation, nous devons nous rappeler que l’article que vous êtes en train de lire est destiné à une perspective tout à fait basique.
Socle du microprocesseur ou CPU
Le socket CPU, ou socle CPU, est l’une des pièces fondamentales d’une carte mère. Il fournit à l’utilisateur un moyen d’installer et de sécuriser l’installation du microprocesseur sur la carte mère. Il établit une communication électrique et informative avec les autres composants de la carte mère. Son grand nombre de broches, qui augmente avec chaque génération et dont la conception varie en fonction du fabricant et de la génération du processeur, en fait l’une des pièces les plus complexes.
Chacun des processeurs de bureau n’est pas réellement connecté directement au socle, mais ce que nous connectons est une puce de base qui assure la communication avec un socle donné.
Il convient de noter que chaque génération de microprocesseur possède sa propre organisation de broches et est destinée à s’adapter mécaniquement à un type particulier de carte mère. Cependant, les broches ne sont pas là pour le plaisir, le reste des composants du système passe par l’unité centrale de traitement et la communication avec l’unité centrale de traitement est importante. Par conséquent, la seule façon d’organiser les broches est de les placer dans une matrice et de les faire passer par une prise.
Dans les systèmes plus avancés, tels que les stations de travail et les serveurs, on peut trouver deux prises sur la même carte mère, ce qui signifie que l’on peut monter deux unités centrales de traitement, dont les caractéristiques doivent être identiques. Les deux partagent le même espace mémoire, mais chacun aura ses propres modules de mémoire.
Sockets ou slots RAM
La mémoire vive est l’un des éléments les plus importants de la carte mère. Idéalement, elle devrait être aussi proche que possible du processeur, mais ce n’est malheureusement pas possible. Il est donc nécessaire d’avoir la RAM sur des puces séparées. Le problème est que la mémoire vive ne se trouve pas sur une seule puce, mais sur plusieurs puces auxquelles le système accède simultanément.
Pour l’utilisateur final, installer plus de mémoire ou la remplacer serait une impossibilité réservée à quelques bricoleurs. C’est pourquoi on utilise des modules RAM, qui fournissent une interface permettant d’installer facilement une nouvelle mémoire système dans notre PC. Si l’on y réfléchit, ce n’est pas très différent des cartouches des anciennes consoles de jeux vidéo, sauf qu’ici, ce que l’on branche est d’une nature différente, mais il s’agit tout de même de mémoire à transistors.
À chaque nouvelle génération de mémoire, le type de prise change, de sorte qu’il n’y a pas de prise universelle. En effet, chaque nouveau type de RAM plus performant que le précédent a ses propres temps de communication et de synchronisation, ainsi que l’ajout de nouvelles fonctions qui nécessitent de nouvelles broches pour être contrôlées.
Interfaces des cartes d’extension : PCI Express et M.2
Les cartes d’extension sont des circuits supplémentaires placés sur une carte de circuit imprimé séparée, qui se spécialisent dans une tâche particulière qu’elles accomplissent en soulageant l’unité centrale (CPU) de ce travail. De nos jours, en raison de l’intégration mentionnée ci-dessus, de nombreuses cartes d’extension ont disparu du marché car l’utilisateur a déjà couvert ce besoin. Cependant, il existe deux types de cartes d’extension qui sont encore vendues aujourd’hui et qui nécessitent des interfaces d’extension, à savoir : PCI Express et M.2 : PCI Express et M.2.
Les deux sont basés sur le même protocole, mais avec des différences. PCI Express prend en charge jusqu’à 16 broches de données, tandis que M.2 reste à 4. En ce qui concerne l’alimentation de la carte d’extension, PCIe standard permet l’utilisation de connecteurs d’alimentation supplémentaires et peut fournir 75 W sans alimentation supplémentaire. Le PCIe standard permet l’utilisation de connecteurs d’alimentation supplémentaires et a la capacité de fournir 75 W à lui seul sans alimentation supplémentaire.
Quant au connecteur M.2, il est utilisé pour connecter des SSD de haute performance ainsi que des modules wifi sur certaines cartes mères, mais ils ne consomment pas plus de 15 W.
Connecteurs sur une carte mère
Une carte mère, outre les différentes connexions pour les différents composants essentiels d’un ordinateur, comporte également une série de connecteurs supplémentaires qui sont tout aussi essentiels au bon fonctionnement du système.
D’un côté, nous avons les connecteurs d’alimentation qui permettent aux différents composants de recevoir l’électricité nécessaire pour fonctionner, de l’autre où nous connectons les ventilateurs qui vont dans le boîtier et qui créeront le flux d’air nécessaire pour maintenir le PC à une température de travail stable et optimale.
Ports SATA
Le port SATA est un type de port de communication de données de type série, qui a été historiquement utilisé pour les disques durs et les lecteurs optiques, mais qui est maintenant un connecteur hérité qui a été abandonné dans les ordinateurs portables.
Sa version la plus avancée peut fournir jusqu’à 6 Gbit/s tant que les deux dispositifs sont de troisième génération. Cependant, les progrès continus de l’USB en termes de bande passante, combinés à la désuétude croissante des disques durs et à la disparition des lecteurs optiques, font qu’il n’a plus qu’une seule fonction, celle de connecter un disque magnétique pour l’utiliser comme unité de stockage primaire ou de sauvegarde.
Ports USB
L’USB est devenu le connecteur standard, surtout dans ses types A et C, pour tous les périphériques externes que l’on peut connecter à l’ordinateur. Il est resté constant pendant presque trois décennies et a atteint quatre générations, en commençant par un simple 11 Mbps jusqu’à la version la plus puissante disponible sur le marché, avec 40 Gbps ou 40 000 Mbps, ce qui leur permet d’être utilisés aujourd’hui même pour transmettre de la vidéo.
Les ports USB de différentes générations sont contrôlés par le chipset du système, dans certains cas même par le processeur. Ils ont la capacité d’alimenter les périphériques auxquels ils sont connectés, et avec l’avènement du Type-C et sa capacité à atteindre jusqu’à 240 W, qui à l’avenir pourrait même universaliser les ports d’alimentation.
C’est précisément cette capacité à transmettre des données à grande vitesse et à servir d’alimentation aux périphériques qui en a fait la norme absolue pour la connexion de périphériques externes à la carte mère.
Connecteurs d’alimentation
Tout comme il existe des connecteurs de données, nous disposons également de divers connecteurs qui servent à fournir de l’électricité aux différents composants sans avoir à les connecter à une alimentation externe. Leur existence permet donc de réduire le nombre de prises, tout en tenant compte du fait que tous les composants de notre ordinateur sont conçus pour fonctionner en courant continu, puisqu’ils reçoivent l’électricité déjà transformée par l’alimentation.
ConnecteurBrochesFonctionTensionAlimentation
ATX(20+4)Alimentation de la carte mère+3,3 V, +5 V, et +1 2VVV Variable
ATX12V4Alimentation du CPU+12V120W
EPS128 (4+4)Pour les CPU à haute performance, leur donne une puissance supplémentaire+12 V336 W
PCI Express6Alimente la carte graphique+12 V75 W
PCI Express8 (6+2)Alimentation de la carte graphique+12 V150 W
PCI Express16 (12+4)Carte graphique de puissance+12 V150 W, 300 W, 450 W, 600 W
SATA15 Alimentation des disques SATA+5V et +12V54W
Connecteurs pour ventilateurs et systèmes de refroidissement liquide
Les différents ventilateurs utilisés dans le système tournent à une vitesse plus ou moins élevée en fonction de la température du système. Le problème est qu’ils ne sont pas autocontrôlés, mais gérés par le système via les connecteurs PWM à 3 ou 4 broches auxquels nous connectons les ventilateurs eux-mêmes et qui remplissent une double fonction. D’une part, ils contrôlent la vitesse des ventilateurs eux-mêmes et parfois leur éclairage RGB, d’autre part, ils sont la base de la gestion des ventilateurs.
Grâce aux différents capteurs de contrôle de la tension et de la température disponibles dans le système, avec une configuration bien assemblée et le bon logiciel, le système peut gérer le système de refroidissement.
LEDs du fond de panier et haut-parleur interne.
Comme il est possible que nous rencontrions un problème de signal vidéo, la carte mère doit avoir un moyen de communiquer avec l’utilisateur pour lui signaler les problèmes. C’est là qu’interviennent les LED de la carte mère et le code sonore émis par le haut-parleur interne. En fonction de la combinaison des lumières ou des sons, cela peut indiquer une erreur ou une autre.
Fonctions supplémentaires sur les cartes mères actuelles
Au fil du temps, certaines fonctions qui se trouvaient habituellement sur des cartes d’extension ont été intégrées à la carte mère. Les deux exemples les plus évidents sont la carte réseau et la carte son. Sur de nombreuses cartes mères, nous disposons de deux sorties Ethernet pour connecter le PC au routeur ou même directement à un autre PC.
Bien qu’il ne s’agisse pas des modèles les plus puissants du marché, ils sont suffisants pour une connexion internet à domicile. Il ne faut pas oublier que certaines cartes mères sont dotées d’une radio wifi intégrée et parfois même d’une fonctionnalité Bluetooth. D’autres, en revanche, permettent de brancher une carte sur la carte mère, généralement sous la forme d’un M.2 2230.
En ce qui concerne la carte son, de nombreuses cartes mères vont jusqu’à incorporer tous les circuits analogiques pour l’audio ainsi que les entrées son correspondantes pour la connexion de différents dispositifs. Bien qu’elles ne soient pas destinées à la production musicale, elles sont suffisantes pour un usage amateur, les jeux et la connexion d’un bon système de haut-parleurs positionnels.
Types de cartes mères
Tous les ordinateurs n’ont pas la même taille et tous les utilisateurs n’ont pas les mêmes besoins. Tout cela conduit à l’existence de différents types de cartes mères avec des spécifications différentes et orientées vers des segments de marché différents. En réalité, les différents types sont associés aux différents types de boîtiers que l’on peut trouver pour les placer.
Le premier type de boîtier de PC qui a été pris comme référence pour une norme à la fois pour le boîtier et la carte mère a été le type IBM AT, qui est arrivé chez IBM en 1984 avec le 80286 et les cartes graphiques EGA. Il a été le standard pendant plusieurs générations, puisqu’il a duré une décennie entière sur le marché, jusqu’à ce qu’avec l’arrivée de Windows 95 et le boom du système d’exploitation de Redmond, Intel décide de réinventer les cartes mères avec le standard ATX, qui a été la base des différents facteurs de forme ou types de cartes mères.
ATX
La norme ATX, AT eXtended, a été lancée par Intel en 1995. Elle a permis de résoudre les problèmes rencontrés par les cartes AT qui avaient été utilisées pendant toute une décennie. Les cartes AT nécessitaient un certain nombre de changements. Le premier et le plus important concernait les connecteurs d’alimentation, la connectivité et la taille énorme de la carte.
En l’espace d’une décennie, les composants qui effectuaient des tâches spécifiques et constituaient une puce distincte ont été intégrés les uns aux autres. D’un seul coup, ce qui, sur une carte mère des années précédentes, était constitué de plusieurs puces dispersées est devenu deux puces sur la carte mère.
Parce qu’ils réunissaient les capacités de ce qui était auparavant plusieurs pièces, on les a appelés chipsets. Cette réduction des semi-conducteurs sur la carte mère a permis de réduire la taille, mais aussi de repenser l’alimentation des puces. En d’autres termes, l’ATX a marqué la naissance du PC moderne tel que nous le connaissons.
- Il mesure 305 mm de haut et 244 mm de long.
- Prend en charge jusqu’à 4 socles ou emplacements pour la mémoire RAM.
- L’un de ses points forts est que, grâce à sa taille, il permet une meilleure circulation de l’air.
- 5 à 7 emplacements pour cartes d’extension.
La norme ATX a signifié la fin de toutes les puces TTL qui ont pollué les différentes cartes dans les années 1980 et au début des années 1990. Cela a permis de créer des cartes mères beaucoup plus propres. Celles-ci ont été adaptées à différents types de marchés et donc à différents besoins.
Micro-ATX
En 1997, avec l’arrivée du Pentium II, Intel a lancé une autre proposition de carte mère pour PC. Il s’agit de la carte Micro-ATX, qui n’est rien d’autre qu’une version de la carte ATX, mais qui a subi quelques modifications pour la rendre plus compacte. Bien que sa largeur soit la même, 244 mm, elle est beaucoup moins haute, mesurant 244 mm. Il est facile à repérer grâce à son design carré.
Cette réduction de taille se fait au prix d’un sacrifice, à savoir la réduction des slots d’extension PCI et du nombre de ports M.2. Sinon, elles offrent généralement les mêmes spécifications que les cartes ATX. C’est actuellement le type de carte mère le plus utilisé par les assembleurs de PC de bureau.
ATX étendu ou EATX
Cette carte mère massive mesure 344 mm de haut et 330 mm de large. Ne vous inquiétez pas, elle est destinée aux serveurs et aux stations de travail. Ses capacités d’extension sont bien supérieures à celles d’une carte ATX classique. C’est pourquoi elles ne sont pas très répandues sur le marché domestique. De plus, elles sont rares, car tout le monde ne peut pas profiter de leurs capacités. La raison ? Elles sont conçues pour des processeurs qui ne sont pas destinés aux ordinateurs de bureau, avec un nombre de cœurs et une connectivité aux périphériques plus élevés, ainsi que davantage de canaux de mémoire :
- Ils ont plus de 4 prises pour la mémoire vive, la norme étant de 8, mais il existe des modèles qui permettent d’en avoir jusqu’à 12.
- Dans de nombreux modèles, il est possible de placer jusqu’à deux puces de processeur au lieu d’une.
- Plus de 7 emplacements pour cartes d’extension sont disponibles.
En raison de leur grande taille, il est difficile de trouver des boîtiers PC pour les monter, mais ils sont idéaux pour monter une station de travail de grande capacité, en particulier si vous êtes un créateur de contenu ou un petit serveur dans votre entreprise. Cependant, nous ne le recommandons pas à ceux qui n’utiliseront pas ses fonctionnalités à 100 %.
Mini-ITX
Le standard des cartes mères Mini-ITX a été créé par VIA Technologies pour la création d’ordinateurs au design compact et de petite taille. Il est né dans la première moitié des années 2000 et a connu un essor fulgurant dans le monde des HTPC, ces ordinateurs qui se connectent à la télévision du salon pour devenir des centres multimédias de grande capacité. Il ne s’agit toutefois pas de mini-PC, car les cartes Mini-ITX disposent d’une certaine capacité d’extension, même si elle est inférieure à celle des cartes Micro-ATX.
Comme il ne s’agit pas d’un standard ATX, il prend une certaine licence, car il n’a pas été conçu pour être dérivé des spécifications d’Intel. Pour commencer, sa taille est de 170 mm x 170 mm, ce qui limite la possibilité de monter des composants tels que des radiateurs ou des refroidisseurs de CPU, ainsi que certaines cartes graphiques, qui doivent être raccourcies pour s’adapter à un système Mini-ITX.
En ce qui concerne les possibilités d’extension, elles sont évidemment limitées car elles ne disposent que de deux emplacements pour la mémoire vive et d’un emplacement pour la carte graphique. Elles ne sont donc pas très populaires en dehors d’une utilisation occasionnelle, car les ordinateurs basés sur ce type de carte mère sont très limités en termes de puissance par rapport à une tour traditionnelle.
