[DOSSIER] La carte mère (Historique)

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Bonjour,

La carte mère est un matériel informatique (composé de circuits imprimés et de ports de connexion) servant à interconnecter toutes les composantes d’un micro-ordinateur. On peut ainsi l'assimiler à son système nerveux.
Nous allons essayer de voir comment tout cela a évolué depuis quelques temps. Car il faut bien le constater, les évolutions technologiques se sont effectuées dans un temps très réduit et ceci dans tous les moyens de transport des informations de chaque partie d'une carte mère.
Le dossier va se présenter de la manière suivante (clique sur les liens des différentes parties pour y avoir accès directement) :

Présentation de la carte mère

Rôle de la carte mère
Les différents éléments d'une carte mère
Le panneau arrière
Les fabricants ​

Fonctionnement d'une carte mère

Représentation graphique des liaisons de fonctionnement
Diagramme de fonctionnement type d'une carte mère
Représentation graphique d'un chipset​

Evolutions de la carte mère

Standardisation des dimensions des cartes mères
L'évolutilité​

Quels sont les éléments d'une carte mère ?

Enumération des éléments d'une carte mère​

Les évolutions majeures des différents ports

Disparitions ou modifications de différents ports
Apparitions de nouveaux ports​

Les évolutions des sockets

Le processeur
Enumération des sockets
AMD
Intel
Carte multi-processeurs​

Conclusion

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Présentation de la carte mère

Rôle de la carte mère :

Si l'on Considére deux aspects de l’ordinateur : L’un physique, l’autre virtuel.
La partie que l’on pourrait qualifier de physique comprend toute la partie matérielle d’un ordinateur.

L’architecture physique d’un ordinateur repose sur ce qu’on appelle une carte mère. Sur cette carte mère sont donc (généralement) connectés les autres composants d’un ordinateur :

• la carte graphique,
• la carte son,
• le processeur,
• les mémoires (RAM, ROM, …),
• disque dur, etc...

Tous ces composants sont reliés les uns aux autres grâce à la carte mère. La partie virtuelle, quant à elle, consiste d’une part à assurer la communication entre les différents composants et périphériques, et d’autre part, à assurer la communication entre l’utilisateur et l’ordinateur. C’est donc au BIOS et au Système d’Exploitation qu’incombe cette lourde tâche. Le premier (le BIOS) est un logiciel qui s’occupe, entre autre chose, de contrôler les éléments matériels d’un ordinateur. Le second (le système d’exploitation) gère la communication entre les composants et s’occupe de présenter une interface à l’utilisateur, afin que celui-ci puisse interagir avec l’ordinateur (en lui envoyant des instructions par exemple).

On peut trouver différents types d'ordinateur: PC (ordinateur de bureau, Notebook, Netbook, Pocket PC, Tablet PC), Macintosh (Mac Book, ordinateur de bureau). Le principe de fonctionnement reste le même.

Les différents éléments d'une carte mère :

Voici deux représentations de carte mère avec les différents éléments la composant. Voici le lien du dossier qui décompose tous ces éléments, un à un : Quels sont les éléments d'une carte mère ?.

Le panneau arrière :

Le panneau arrière a connu, lui aussi, quelques modifications :

Ces modifications sont des mises en des normes de standardisation comme des couleurs spécifiques différenciant les différents connecteurs.

Les fabricants :

Plusieurs constructeurs se partagent le marché des cartes mères. De mémoire, nous pouvons nommer :​

Abit, Albatron, Aopen, Asrock, ASUS, ATI, Biostar,
Chaintech, DFI, Elite, Epox, Foxconn, Gigabyte Technology, Intel,
MSI, NVIDIA, QDI, Sapphire, Soltek, Super Micro, Tyan, Via.​

Certains de ces grands noms conçoivent et fabriquent une ou plusieurs composantes de la carte mère tandis que d'autres assemblent les éléments que des partenaires ont conçu et fabriqué.
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Fonctionnement d'une carte mère

Représentation graphique des liaisons de fonctionnement :

Diagramme de fonctionnement type d'une carte mère :

Représentation graphique d'un chipset :

...

 

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Evolutions de la carte mère

Standardisation des dimensions des cartes mères :

Dans un premier temps, un bilan peut être constaté assez facilement, au niveau des dimensions des cartes mères.
Voici l'évolution des facteurs de formes. En effet, au fil des années, plusieurs normes se sont imposées :

1984
AT : 305 × 305 mm (IBM)
Baby AT : 216 × 330 mm​

1995
ATX : 305 × 244 mm (Intel)
MicroATX : 244 × 244 mm
FlexATX : 229 × 191 mm
MiniATX : 284 × 208 mm​

2001
ITX : 215 × 195 mm (VIA)
MiniITX : 170 × 170 mm
NanoITX : 120 × 120 mm
PicoITX : 100 × 72 mm​

2005
BTX : 325 × 267 mm (Intel)
MicroBTX : 264 × 267 mm
PicoBTX : 203 × 267 mm​

2007
DTX : 248 × 203 mm (AMD)
mini-DTX : 170 × 203 mm​

2009
ITX
mini-ITX : 170 × 170 mm​

L'évolutivité :

Jusqu'au milieu des années 1990, les PC étaient équipés d'une carte mère sur laquelle le microprocesseur (CPU) était soudé. Puis vinrent les cartes mères équipées d'un support du micro-processeur (socket) "libre", permettant d'accueillir le microprocesseur de son choix (selon ses besoins et son budget). Grâce à ce système (qui s'est vite généralisé et n'a plus été remis en question), il devient donc en théorie possible d'équiper son ordinateur d'un CPU plus puissant sans changer de carte mère, donc à moindre coût.

Dans les faits, cette évolutivité a ses limites car les microprocesseurs étant de plus en plus performants, ils nécessitent immanquablement des cartes mères elles-mêmes plus performantes (capables par exemple de traiter des flux de données de plus en plus importants).

Voici un exemple de carte mère au début des années 1990 :

PC XT à processeur 8088 4.7/10Mhz​

Quelques années après, les cartes mères évoluèrent pour ressembler à celle-ci :

Carte mère Asus P55T2P4 512k Pentium PCI IDE/IO​

Début des années 2000, les cartes mères ont encore évolué, surtout à cause des évolutions des processeurs car la course au MHz a été lancée. Intel et AMD se lancent dans une course à la performance, sans limite. Mais pas seulement, une standardisation des ports apparaît en couleur :​

Carte mère ABIT KT7A , 768Mo RAM​

En 2005, nous constatons une petite modification suite à quelques évolutions matérielles :

Carte mère Asus A8V Deluxe 1Go RAM​

Enfin, les années 2010 font sortir des cartes mères ressemblant à cette dernière :​

Carte mère MSI​

...

 

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Quels sont les éléments d'une carte mère ?

Enumération des éléments d'une carte mère :

Voici les éléments que l'on peut trouver sur une carte mère, certains n'étant plus présents sur les carte mères récentes vendues en 2009.

Un ou plusieurs connecteurs d’alimentation électrique :
Par ces connecteurs une alimentation électrique fournit à la carte mère les diverses tensions électriques nécessaires à son fonctionnement.

Le support du micro-processeur (souvent appelé socket) :
Il s’agit d’un réceptacle qui reçoit le micro-processeur et le relie au reste du micro-ordinateur.

Les connecteurs de la mémoire vive (memory slot en anglais) :
Au nombre de 2, 3, 4 ou 6 sur les cartes mères communes.

Le chipset :
Un ou plusieurs circuit électronique, qui gère les transferts de données entre les différentes composantes de l’ordinateur (micro-processeur, mémoire vive, disque dur, etc.).

Une horloge :
Elle cadence la vitesse d’exécution des instructions du microprocesseur et des périphériques internes.

Le CMOS :
Une petite mémoire conservant certaines informations importantes (comme la configuration de l’ordinateur, la date et l’heure) même lorsque l’ordinateur n’est pas alimenté en électricité.

La pile ou batterie d’accumulateurs du CMOS :
Elle fournit l’électricité nécessaire au fonctionnement du circuit.

Le BIOS :
Un programme enregistré dans une mémoire morte (ROM). Ce programme, spécifique à la carte, gère l’interface de bas niveau entre le micro-processeur et certains périphériques. Il récupère, puis fait exécuter, les instructions du master boot record enregistrées dans une mémoire de masse (disque dur), lors du démarrage du micro-ordinateur.

Le bus système (aussi appelé bus interne ou Front Side Bus (FSB) en anglais) :
Il relie le micro-processeur au chipset.

Le bus mémoire :
Il relie le chipset à la mémoire vive.

Le bus d’extension (aussi appelé bus d’entrées/sorties) :
Il relie le micro-processeur aux connecteurs d’entrée/sortie et aux connecteurs d’extension.

Les connecteurs d’entrée/sortie (qui respectent le plus souvent la norme PC 99) :
Ces connecteurs incluent :

Les ports USB (Universal Serial Bus) par exemple pour la connexion de périphériques récents (Les ports séries pour la connexion de vieux périphériques,et les ports parallèles pour la connexion de vieilles imprimantes, ayant quasimment disparus (2010)).

Les connecteurs RJ45 pour la connexion à un réseau informatique.

Les connecteurs video analogique VGA et numérique DVI, pour la connexion d’un moniteur d’ordinateur.

Les connecteurs audio analogiques (jack 3.5 mm) et audio numériques (SPDIF), pour la connexion d’appareils audio comme des haut-parleurs ou un microphone, identifiés par un code couleur.

Les connecteurs audio/video HDMI ou DisplayPort pour la connexion avec un téléviseur HD, supportant la protection des contenus numériques haute définition (HDCP).

Les connecteurs IDE ou Serial ATA I ou II pour la connexion de périphériques de stockage comme les disques durs et disques optique, et e-Sata pour la connexion de périphériques de stockage externe à haut débit.

Les connecteurs firewire IEEE 1399.

Les connecteurs d’extension :
Ce sont des réceptacles pouvant accueillir des cartes d’extension (ces cartes sont utilisées pour ajouter des fonctionnalités ou augmenter la performance d’un micro-ordinateur, par exemple une carte graphique peut être ajoutée à un ordinateur pour améliorer les performances de l’affichage 3D sur le moniteur). Ces ports peuvent être des ports ISA (vieille interface), PCI (Peripheral Component Interconnect) et plus récent, PCI Express.

Avec l’évolution des ordinateurs, de plus en plus de fonctionnalités ont été intégrées à la carte mère, comme des circuits électroniques permettant la gestion de la vidéo (IGP pour Integrated Graphic Processor), du son ou des réseaux (10/100 Mbps/1 Gbps), évitant ainsi l’adjonction de cartes d’extension.

 

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Les évolutions majeures des différents ports

Disparitions ou modifications de différents ports :

Le connecteur AT :
Le connecteur AT a fait son temps. Le connecteur ATX, devenu standard internationnal, a pris le pas. Il faut dire que dans le même temps, les alimentation ont connu une petite évolution pour assurer un meilleur rendu dans la régulation de l'énergie distribuée à la carte mère.
Voici un lien vers un dossier sur les alimentation => [Dossier] L'alimentation pc.

Les ports ISA :
Les ports ISA ont disparu pour ne laisser la place qu'aux ports PCI qui eux même disparaissent petit à petit des cartes mères pour laisser la place aux ports PCI-Express.

Les ports PCI :
En effet, les ports PCI ont l'avantage de transmettre les informations plus rapidement que les ports ISA. Ainsi que les ports PCI-Express sont plus rapides que les ports PCI. Ces derniers ont donc tendance à disparaître.

Les ports COM (RS232) :
Les ports COM sont des ports de communication sur lesquels était branché souris, modem et autres périphériques de liaison. Ils disparaissent, eux aussi, de plus en plus, laissant les ports USB prendre leur place. Cette fois encore, la vitesse de communication étant la principale raison. Si on ne compte pas le côté Plug-And-Play qui peut s'avérer utile pour certains périphériques, surtout de stockage externes.

Les port USB :
Ils ont connu une évolution entre la première standardisée en 1.1 et la seconde 2. Mais voici que la troisième génération arrive. Il s'agit de l'USB 3 dite SuperSpeed USB. Encore une fois, les vitesses de transfert d'informations sont de plus en plus rapides. De 12 Mo/s pour l'USB 1.1, l'USB 2 est passé à 480Mo/s pour l'USB 3 annoncé à 5Go/s.

Le port AGP :
C'est l'ancien port des cartes graphiques qui était plus performant que les ports PCI classiques. Cette norme est devenue obsolette avec l'apparition du PCI-Express.

Les supports de mémoires vives :

Voici à quoi ressemblait un support de mémoires vives, il y a quelques années :

La mémoire vive a connu une évolution sans pareil dans le même temps que la carte mère ainsi que les autres matériels informatiques.

La mémoire vive, mémoire système ou mémoire volatile, aussi appelée RAM de l'anglais Random Access Memory (que l'on traduit en français par 'mémoire à accès direct'), est la mémoire informatique dans laquelle un ordinateur place les données lors de leur traitement. Les caractéristiques de cette mémoire sont :

• sa rapidité d'accès (cette rapidité est essentielle pour fournir rapidement les données au processeur) ;
• sa volatilité (cette volatilité implique que les données sont perdues dès que l'ordinateur cesse d'être alimenté en électricité).

Apparitions de nouveaux ports :

• En tout premier, est apparu les ports audio afin de brancher des hauts-parleurs. La carte son intégrée venait de naître et se faisait un standard dans la conception même de la carte mère.
  La technologie avançant sans relâche, du son stéréo classique, étaient proposées des solutions 5.1, voire 7.1 intégrées sur les cartes mères de dernière génération devenant ainsi le standard proposé par toutes les marques concurentes.
  
  
  

• Suivi de près par le port RJ45. Celui-ci étant un port réseau intégrée à la carte mère....
  
  
  
  
  
  Ce qui pouvait éventuellement libérer des emplacement ISA ou PCI puisque l'utilisateur n'était plus obligé d'avoir les même matériels en carte.
• Le port VGA faisait alors son apparition sur quelques cartes mère, proposant ainsi un support vidéo intégré. Valable surtout pour les configurations compactes proposées pour des solutions bureautiques puisque le chipset vidéo intégré était généralement beaucoup moins performant que les cartes vidéo.
  
  
  
  
  
  Je vous renvoie vers cet excellent dossier sur l'historique des cartes graphiques => [Dossier] Historique ATI/NVIDIA.
• Les ports USB, résultat d'une standardisation, étaient alors proposés. L'USB 1.1 tout d'abord pour laisser place aux ports USB 2, par la suite.
  
  
  
  
  
  Certaines cartes mères proposent aujourd'hui le nouveau standard USB 3 alors que peu de matériels fonctionnent sous cette norme. En fait, il n'y a pas beaucoup de risque avec ce port, puisqu'il est rétro-compatible. C'est à dire qu'un port USB 3 peut utiliser, sans problème, des matériels USB1.1 et USB 2.
• Les ports SATA
  
  
  
  
  
  Les ports sata ont commencé à remplacer les ports traditionnels pour disques durs et lecteurs/graveurs qui étaient jusqu'à présent en IDE.
  Ces ports annonçaient des débits de 150 Mo/s puis de 300 Mo/s dans la deuxième version (SATA II).

 

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Les évolutions des sockets

Le processeur :

Il est à la base de tous les calculs, c'est le "cerveau" de l'ordinateur. Il est caractérisé par sa marque (Intel 486, Intel Pentium, Intel Pentium III, Intell Pentium 4, Cyrix, AMD K6, AMD K7, etc...) et sa fréquence (elle atteint actuellement plus de 3 gigahertz). Le premier microprocesseur (Intel 4004) a été inventé en 1972. Depuis, la puissance des microprocesseurs a augmenté exponentiellement. Actuellement les processeurs sont des 32 bits, ce qui signifie qu'ils sont capables de traiter 4 caractères à la fois (un caractère = un octet = 8 bits). La génération des 64 bits ne saurait tarder...​

Le processeur (CPU : Central Processing Unit) est un circuit électronique cadencé au rythme d'une horloge interne, c'est-à-dire un élément qui envoie des impulsions ou battements (que l'on appelle top). A chaque top d'horloge les éléments de l'ordinateur accomplissent une action. La vitesse de cette horloge (le nombre de battements par secondes) s'exprime en Mégahertz (1Mhz = 1 000 000 Hz) et maintenant en gigahertz (1 Ghz=1 000 000 000 Hz) ; ainsi un ordinateur cadencé à 1 Gigahz a une horloge envoyant 1 000 000 000 de battements par seconde (un cristal de quartz soumis à un courant électrique permet d'envoyer des impulsions à une fréquence précise).​

A chaque top d'horloge (pour les instructions simples) le processeur

• lit l'instruction à exécuter en mémoire​
  
  
• effectue l'instruction
• passe à l'instruction suivante

Le processeur est en fait constitué​

• d'une unité de commande qui lit les instructions et les décode​
  
  
• d'une unité de traitement (UAL - unité arithmétique et logique) qui exécute les instructions.
  

Toutes ces opérations sont des informations numériques.

Les processeurs utilisent de petits transistors pour faire des opérations de base ; il y en a plusieurs millions sur un seul processeur.
Le processeur travaille en fait grâce à un nombre très limité de fonctions (ET logique, OU logique, addition...) ; celles-ci sont directement câblées sur les circuits électroniques. Il est impossible de mettre toutes les instructions sur un processeur car celui-ci est limité par la taille de la gravure ; ainsi pour mettre plus d'instructions il faudrait un processeur ayant une très grande surface. Or le processeur est constitué de silicium et le silicium coûte cher ; d'autre part il chauffe beaucoup. Le processeur traite donc les informations compliquées à l'aide d'instructions simples.​

Pour accroître les performances pures de ce processeur, son architechture a été modifiée à plusieurs reprises rendant le socket qu'il utilisait obsolette. Il fallait donc faire évoluer par la même occasion le support sur lequel on l'installait sur la carte mère. Toujours avec le but de faire évoluer de manière croissante les vitesses de liaison des informations partagées entre le processeur et les autres éléments de la carte mère.​

Enumération des sockets :


La plupart des cartes mères pour PC vendues après 2001, peuvent être classées en 2 groupes :

• les cartes mères destinées aux processeurs AMD :​
  • Socket A : Duron, Athlon, Athlon XP, Sempron,​
  • Socket 754 : Athlon 64, Mobile Athlon 64, Sempron, Turion,​
  • Socket 939 : Athlon 64, Athlon FX, Athlon X2, Sempron,​
  • Socket 940 : Opteron et Athlon 64 FX​
  • Socket AM2 : Athlon 64, Athlon FX, Athlon X2, Sempron,Cammas.​
  • Socket F : Opteron.​
  • Socket AM3 : Phenom II X3, Phenom II X4.​

• les cartes mères destinées aux processeurs Intel :​
  • Socket 478 : Pentium 4, Celeron.​
  • Socket 775 : Pentium 4, Celeron, Pentium D (dual-core), Core 2 Duo.​
  • Socket 604 : Xeon DP.​
  • Socket 771 : Xeon série 50xx et 51xx.​
  • Socket P : Core 2 Duo, Santa Rosa.​
  • Socket 1156 : Intel® Core™ i7, Core™ i5, Core™ i3, Pentium.​
  • Socket 1366 : Intel® Core™ i7, Intel® Core™ i7 Extreme Edition.​

Carte multi-processeurs :​

C’est un type de carte mère capable d’accueillir plusieurs processeur (généralement 2, 4, 8 ou plus). Ces cartes mères multiprocesseurs disposant de plusieurs supports de micro-processeur (sockets), ce qui permet de leur enficher plusieurs micro-processeurs physiquement distincts (par opposition aux processeurs double cœur).

Lorsque deux processeurs sont présents sur une carte, il y a deux manières de les gérer :​

• La manière asymétrique, où chaque processeur se voit attribuer une tâche différente. Cette méthode n’accélère pas les traitements, mais permet de confier une tâche à un processeur pendant que l’autre est occupé à une tâche différente.
• La manière symétrique, dite SMP (Symmetric MultiProcessing) où chaque tâche est répartie symétriquement entre les deux processeurs.

Le système d’exploitation Linux fut le premier à gérer les architectures bi-processeur sur x86. Toutefois, la gestion de plusieurs processeurs existait bien avant sur d’autres plate-formes et d’autres systèmes d’exploitation.

Le système Linux 2.6.x gère parfaitement les multiprocesseurs symétriques, ainsi que les architectures à mémoire non-uniformément répartie (NUMA).​

Certains fabricants de cartes mères fabriquent des cartes mères pouvant accueillir jusqu'à 8 processeurs (en l’occurrence sur socket 939 pour AMD Opteron et sur socket 604 pour Intel Xeon).​

 

[thorgal]

Conclusion

Jusqu'au milieu des années 1990, les PC étaient équipés d'une carte mère sur laquelle le microprocesseur (CPU) était soudé. Sont apparues alors les cartes mères équipées d'un support du micro-processeur (socket) "libre", permettant d'accueillir le microprocesseur de son choix (selon ses besoins et son budget).
Grâce à ce système (qui s'est vite généralisé et n'a plus été remis en question), il devient donc en théorie possible d'équiper son ordinateur d'un CPU plus puissant sans changer de carte mère, donc à moindre coût.
Dans les faits, cette évolutivité a ses limites car les microprocesseurs étant de plus en plus performants, ils nécessitent immanquablement des cartes mères elles-mêmes plus performantes (capables par exemple de traiter des flux de données de plus en plus importants).

La standardisation des différents ports de connexion (formes et couleurs) a été un élément important dans la volonté de dépendance de chaque utilisateur (Fig.1).
Sans oublier les connexions internes, toujours dans l'optique de rajouter des options aux éléments de base d'une carte mère :
Par exemple, une carte fille USB (Fig.2).

Fig.1

Fig.2​

Les cartes mères se sont vues intégrer de plus en plus d'éléments dans l'optique de pouvoir lui connecter des périphériques externes, simplement.

Toutes ces évolutions ont permis à un utilisateur novice de pouvoir monter son pc avec chacun des éléments le constituant. Mais surtout, de pouvoir acheter un périphérique externe et de pouvoir le brancher sur le pc sans faire intervenir un technicien.

Une large gamme de périphériques existait alors et ceci avec différentes technologies selon des besoins spécifiques que pouvait avoir l'utilisateur.
Par exemple, il était possible de trouver des scanners à brancher sur le port parallèle de la carte mère. Mais aussi des scanners SCSI. Il fallait alors rajouter une carte d'interface interne (Fig.3) pour pouvoir brancher ce périphérique. Il était possible de brancher plusieurs péripériques sur une seule carte SCSI (Fig.4).

Fig.3

Fig.4​

...

 

[DiskRfou]

Merci, c'est très intéressant.

 

[thorgal]

Il faut que je retrouve les images pour les remettre. Ce sera encore plus intéressant ! :doh-454d:

 

[DiskRfou]

Je dirai pas non, merci

 

[thorgal]

Pour info, puisque toutes les images postées dans les dossiers que j'ai créés ont disparu suite à l'arrêt de l'hébergeur d'images, les dossiers avec la balise [DOSSIER] ont été remis en images. Ce qui représente pas mal de boulot !

 

[DiskRfou]

En souhaitant que tu les possède encore les photos, bon courage et merci

 

[thorgal]

Oui, il m'en reste beaucoup. Le problème est de les remettre dans leur contexte. Pas toujours évident de reprendre un post qui a été fait il y a quelques temps déjà !

 

[DiskRfou]

J'ai eu le cas pour mes tutoriels mécanique, bun c'est toujours pas refait

 

[starjojotrek]

Hello,

images du dossier remise en état, dossier complet :sourire-4e62:

 

[nico_juju]

Merci !

 

[DiskRfou]

merci Jojo et encore un intel (que tu met comme une cg) en asus qui fonctionne encore et bien sur son dd de 4go et l adaptateur ps1 avec la première carte son sound blaster (30/40cm de long) et uen aussi vieille cg.

 

[tistou77]

Merci ouce1-1a0b:

 

[RomanceOsborn]

et uen aussi vieille cg.
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