Architecture et matériel informatique

Introduction

Le matériel informatique (hardware) désigne l'ensemble des composants physiques et électroniques qui constituent un ordinateur. Comprendre son organisation générale est un prérequis pour utiliser efficacement un poste de travail et dialoguer avec les services informatiques d'un établissement de santé. Un ordinateur peut être défini comme un appareil comportant au moins une unité d'entrée, une mémoire de stockage, une unité de commande, une unité de traitement et une unité de sortie : c'est cette organisation en unités fonctionnelles qui sera détaillée dans ce chapitre. Nous étudierons la carte mère et le processeur, les différents types de mémoire, les bus et l'architecture générale, puis les périphériques d'entrée et de sortie.

I. La carte mère et le processeur

• La carte mère relie tous les composants du PC entre eux : mémoire, cartes d'extension, lecteurs de disques, processeur. Elle intègre un chipset, ensemble de circuits intégrés qui gère l'interface entre le processeur, la mémoire principale et les périphériques.
• Une pile (pile CMOS) située sur la carte mère permet de conserver le paramétrage du BIOS même lorsque l'ordinateur est éteint et débranché.
• Le processeur (CPU, Central Processing Unit) est l'unité fonctionnelle de l'ordinateur capable d'interpréter des commandes et d'exécuter des instructions. Il est composé de l'unité de contrôle (CU) et de l'unité arithmétique et logique (ALU).
• La fréquence du processeur, mesurée en Hertz (Hz), représente le nombre d'opérations qu'il peut effectuer par seconde (1 MHz = 1 million de cycles par seconde). Le processeur d'une carte graphique est appelé GPU.
• Les slots d'extension de la carte mère sont des connecteurs destinés aux cartes d'extension (carte son, réseau, graphique).

II. Les mémoires et le stockage

• Le disque dur est le composant sur lequel sont stockées de façon persistante toutes les données de l'ordinateur (images, documents, musique). La défragmentation d'un disque dur optimise le temps de réponse en limitant l'éparpillement (fragmentation) des fichiers.
• L'intérêt d'une hiérarchie de mémoires (registres, cache, RAM, stockage secondaire) est de disposer de la vitesse et de la persistance de données adéquates sans coût excessif : plus une mémoire est rapide, plus elle est coûteuse et limitée en capacité.
• Une unité de mesure de performance des super-calculateurs est le MegaFLOP : un million d'opérations en virgule flottante effectuées par seconde.

III. Architecture, bus et représentation des données

• Les différents éléments d'un ordinateur (mémoire, processeur, périphériques) communiquent entre eux par des bus : le bus de données échange les données entre composants, le bus d'adresse indique quel périphérique est accédé, et le bus de contrôle transporte les signaux d'état entre les différents appareils.
• Dans les équipements informatiques, les données sont représentées sous forme d'un signal numérique (par opposition à un signal analogique), c'est-à-dire codées en valeurs discrètes (0 et 1).
• Depuis plusieurs décennies, les ordinateurs sont construits autour de circuits intégrés (ayant remplacé les tubes à vide puis les transistors discrets).

IV. Périphériques d'entrée, de sortie et de traitement

• Périphériques d'entrée (input) : dispositifs permettant d'introduire des données dans l'ordinateur — souris, clavier, webcam, scanneur.
• Périphériques de sortie (output) : dispositifs restituant l'information à l'utilisateur — écran (moniteur), imprimante.
• Périphérique de traitement : le processeur (CPU) lui-même, qui exécute les instructions ; il occupe une place à part, entre entrée et sortie.
• Les imprimantes peuvent être laser, à jet d'encre ou matricielles (à impact) ; les imprimantes laser sont généralement plus rapides que les imprimantes à jet d'encre.
• En synthèse additive (lumière émise, écrans), les trois couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu (RVB/RGB) ; en synthèse soustractive (lumière réfléchie, impression), les couleurs primaires sont le cyan, le magenta et le jaune (CMJ/CMY).
• Le pixel est le plus petit élément graphique d'une image affichée à l'écran. Si un octet (8 bits) code la couleur de chaque pixel, on peut coder 256 couleurs (2^8). C O R R É L AT I O N S P R AT I Q U E S

Connaître la distinction RAM (volatile) / stockage secondaire (persistant) évite de perdre un document non enregistré lors d'une coupure de courant. L'informatique verte (green computing) vise à réduire la consommation énergétique et les déchets électroniques des équipements — un enjeu croissant pour les établissements de santé, gros consommateurs de matériel informatique. Comprendre le rôle du chipset et des bus aide à diagnostiquer une panne matérielle simple avant de faire appel au service informatique. Le choix d'un périphérique adapté (ex. imprimante laser pour un volume important, scanneur pour la numérisation de dossiers patients) repose sur la connaissance de leurs caractéristiques respectives.

Conclusion

L'ordinateur s'organise autour de composants complémentaires : la carte mère et le processeur assurent le traitement des instructions, une hiérarchie de mémoires (RAM volatile, ROM, stockage secondaire persistant) conserve les données à différentes échelles de vitesse et de durée, et des bus assurent la communication entre ces éléments. Cette architecture matérielle constitue le socle sur lequel s'exécutent les logiciels et le système d'exploitation, objet du chapitre suivant.