Matériel informatique - Computer hardware

Le matériel informatique comprend les parties physiques d'un ordinateur , telles que le boîtier , l'unité centrale de traitement (CPU), le moniteur , la souris , le clavier , le stockage de données informatiques , la carte graphique , la carte son , les haut - parleurs et la carte mère .

En revanche, le logiciel est l'ensemble d'instructions qui peuvent être stockées et exécutées par le matériel. Le matériel est ainsi appelé parce qu'il est " dur " ou rigide par rapport aux changements, alors que le logiciel est " doux " parce qu'il est facile à changer.

Le matériel est généralement dirigé par le logiciel pour exécuter n'importe quelle commande ou instruction . Une combinaison de matériel et de logiciel forme un système informatique utilisable , bien que d' autres systèmes existent avec uniquement du matériel.

Architecture Von Neumann

Schéma d'architecture de Von Neumann

Le modèle pour tous les ordinateurs modernes est l' architecture Von Neumann , détaillée dans un article de 1945 du mathématicien hongrois John von Neumann . Ceci décrit une architecture de conception pour un calculateur numérique électronique avec des subdivisions d' une unité de traitement constituée d' une unité arithmétique et logique et de registres de processeur , une unité de commande contenant un registre d' instructions et un compteur de programme , une mémoire pour stocker à la fois des données et des instructions , une mémoire de masse externe , et les mécanismes d' entrée et de sortie . Le sens du terme a évolué pour désigner un ordinateur à programme stocké dans lequel une extraction d'instruction et une opération de données ne peuvent pas se produire en même temps car ils partagent un bus commun . C'est ce qu'on appelle le goulot d'étranglement de Von Neumann et limite souvent les performances du système.

Types de systèmes informatiques

Ordinateur personnel

Composants matériels de base d'un ordinateur personnel, y compris un moniteur , une carte mère , un processeur , une RAM , deux cartes d'extension , une alimentation , un lecteur de disque optique , un disque dur , un clavier et une souris
À l'intérieur d'un ordinateur sur mesure : l'alimentation en bas a son propre ventilateur de refroidissement

L' ordinateur personnel est l'un des types d'ordinateurs les plus courants en raison de sa polyvalence et de son prix relativement bas. Les ordinateurs personnels de bureau ont un moniteur , un clavier , une souris et un boîtier d'ordinateur . Le boîtier de l'ordinateur contient la carte mère , les disques durs fixes ou amovibles pour le stockage des données, l'alimentation électrique et peut contenir d'autres périphériques tels que des modems ou des interfaces réseau. Certains modèles d'ordinateurs de bureau intégraient le moniteur et le clavier dans le même boîtier que le processeur et l'alimentation. La séparation des éléments permet à l'utilisateur de disposer les composants dans un ensemble agréable et confortable, au prix de la gestion des câbles d'alimentation et de données entre eux.

Les ordinateurs portables sont conçus pour la portabilité mais fonctionnent de la même manière que les ordinateurs de bureau. Ils peuvent utiliser des composants à faible consommation ou de taille réduite, avec des performances inférieures à celles d'un ordinateur de bureau de prix similaire. Les ordinateurs portables contiennent le clavier, l'écran et le processeur dans un seul boîtier. Le moniteur dans le couvercle supérieur rabattable du boîtier peut être fermé pour le transport, afin de protéger l'écran et le clavier. Au lieu d'une souris, les ordinateurs portables peuvent avoir un pavé tactile ou un dispositif de pointage .

Les tablettes sont des ordinateurs portables qui utilisent un écran tactile comme périphérique d'entrée principal. Les tablettes pèsent généralement moins et sont plus petites que les ordinateurs portables.

Certaines tablettes incluent des claviers dépliables ou offrent des connexions à des claviers externes séparés. Certains modèles d'ordinateurs portables ont un clavier amovible, ce qui permet de configurer le système comme une tablette à écran tactile. Ils sont parfois appelés « ordinateurs portables détachables 2 en 1 » ou « hybrides tablette-ordinateur portable ».

Cas

Le boîtier de l'ordinateur renferme la plupart des composants du système. Il fournit un support mécanique et une protection pour les éléments internes tels que la carte mère, les lecteurs de disque et les alimentations, et contrôle et dirige le flux d'air de refroidissement sur les composants internes. Le boîtier fait également partie du système de contrôle des interférences électromagnétiques rayonnées par l'ordinateur et protège les pièces internes des décharges électrostatiques. Les boîtiers de grande taille offrent de l'espace pour plusieurs lecteurs de disque ou autres périphériques et reposent généralement sur le sol, tandis que les boîtiers de bureau offrent moins d'espace d'extension. Les conceptions de style tout-en-un incluent un affichage vidéo intégré dans le même boîtier. Les ordinateurs portables et portables nécessitent des étuis qui offrent une protection contre les chocs pour l'unité. Les amateurs peuvent décorer les boîtiers avec des lumières colorées, de la peinture ou d'autres éléments, dans le cadre d'une activité appelée modding de boîtiers .

Source de courant

Une unité d'alimentation (PSU) convertit le courant alternatif (AC) en courant continu basse tension (DC) pour l'ordinateur. Les ordinateurs portables peuvent fonctionner avec une batterie rechargeable intégrée. Le bloc d'alimentation utilise généralement une alimentation à découpage (SMPS), avec des MOSFET de puissance ( transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur ) utilisés dans les convertisseurs et les circuits régulateurs du SMPS.

Carte mère

Carte mère d'ordinateur

La carte mère est le composant principal d'un ordinateur. Il s'agit d'une carte avec circuits intégrés qui connecte les autres parties de l'ordinateur dont le CPU , la RAM , les lecteurs de disque ( CD , DVD , disque dur ou autres) ainsi que tous les périphériques connectés via les ports ou les slots d'extension . Les puces de circuits intégrés (CI) d'un ordinateur contiennent généralement des milliards de minuscules transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET).

Les composants directement attachés à ou à une partie de la carte mère incluent :

  • L' UC ( unité centrale de traitement), qui effectue la plupart des calculs permettant à un ordinateur de fonctionner, est appelée le cerveau de l'ordinateur. Il prend les instructions du programme dans la mémoire vive (RAM), les interprète et les traite, puis renvoie les résultats afin que les composants concernés puissent exécuter les instructions. Le CPU est un microprocesseur , qui est fabriqué sur une puce de circuit intégré (CI) métal-oxyde-semiconducteur (MOS) . Il est généralement refroidi par un dissipateur thermique et un ventilateur, ou un système de refroidissement par eau. La plupart des processeurs les plus récents incluent une unité de traitement graphique (GPU) intégrée. La vitesse d'horloge du processeur régit la vitesse à laquelle il exécute les instructions et est mesurée en GHz ; les valeurs typiques se situent entre 1 GHz et 5 GHz. De nombreux ordinateurs modernes ont la possibilité d'overclocker le processeur, ce qui améliore les performances au détriment d'une plus grande puissance thermique et donc d'un besoin de refroidissement amélioré.
  • Le chipset , qui comprend le pont nord , assure la communication entre le processeur et les autres composants du système, y compris la mémoire principale ; ainsi que le pont sud , qui est connecté au pont nord et prend en charge les interfaces et les bus auxiliaires ; et, enfin, une puce Super I/O , connectée via le pont sud, qui prend en charge les composants les plus lents et les plus anciens tels que les ports série , la surveillance du matériel et le contrôle des ventilateurs .
  • Mémoire vive (RAM), qui stocke le code et les données auxquels le CPU accède activement. Par exemple, lorsqu'un navigateur Web est ouvert sur l'ordinateur, il prend de la mémoire ; celui-ci est stocké dans la RAM jusqu'à la fermeture du navigateur Web. Il s'agit généralement d'un type de RAM dynamique (DRAM), telle que la DRAM synchrone (SDRAM), où les puces mémoire MOS stockent des données sur des cellules mémoire constituées de MOSFET et de condensateurs MOS . La RAM est généralement fournie sur deux modules de mémoire en ligne (DIMM) de 2 Go, 4 Go et 8 Go, mais peut être beaucoup plus grande.
  • La mémoire en lecture seule (ROM), qui stocke le BIOS qui s'exécute lorsque l'ordinateur est mis sous tension ou commence son exécution, un processus connu sous le nom d' amorçage , ou « démarrage » ou « démarrage ». La ROM est généralement une puce de mémoire BIOS non volatile , qui stocke les données sur des cellules de mémoire MOSFET à grille flottante .
    • Le BIOS (Basic Input Output System) comprend un micrologiciel de démarrage et un micrologiciel de gestion de l'alimentation. Les cartes mères plus récentes utilisent l'interface UEFI (
    Unified Extensible Firmware Interface ) au lieu du BIOS.
  • Des bus qui connectent le processeur à divers composants internes et pour étendre les cartes graphiques et sonores.
  • La batterie CMOS (complémentaire MOS) , qui alimente la mémoire CMOS pour la date et l'heure dans la puce BIOS. Cette pile est généralement une pile de montre .
  • La carte vidéo (également connue sous le nom de carte graphique), qui traite les graphiques informatiques. Des cartes graphiques plus puissantes sont mieux adaptées pour gérer des tâches ardues, telles que jouer à des jeux vidéo intensifs ou exécuter un logiciel d' infographie . Une carte vidéo contient une unité de traitement graphique (GPU) et une mémoire vidéo (généralement un type de SDRAM ), toutes deux fabriquées sur des puces de circuit intégré MOS (MOS IC).
  • Les MOSFET de puissance constituent le module régulateur de tension (VRM), qui contrôle la quantité de tension reçue par les autres composants matériels.
  • Cartes d'extension

    Une carte d'extension en informatique est une carte de circuit imprimé qui peut être insérée dans un emplacement d'extension d'une carte mère d'ordinateur ou d'un fond de panier pour ajouter des fonctionnalités à un système informatique via le bus d'extension. Les cartes d'extension peuvent être utilisées pour obtenir ou étendre des fonctionnalités non proposées par la carte mère.

    Périphériques de stockage

    Un périphérique de stockage est tout matériel informatique et support numérique utilisé pour stocker, porter et extraire des fichiers de données et des objets. Il peut contenir et stocker des informations à la fois de manière temporaire et permanente et peut être interne ou externe à un ordinateur, un serveur ou tout autre appareil informatique similaire. Le stockage de données est une fonction essentielle et un composant fondamental des ordinateurs.

    Médias fixes

    Les données sont stockées par un ordinateur à l'aide de divers supports. Les disques durs (HDD) se trouvent dans pratiquement tous les ordinateurs plus anciens, en raison de leur capacité élevée et de leur faible coût, mais les disques SSD (Solid State Drive) sont plus rapides et plus économes en énergie, bien qu'actuellement plus chers que les disques durs en termes de dollar par gigaoctet, on les trouve donc souvent dans les ordinateurs personnels construits après 2007. Les SSD utilisent une mémoire flash , qui stocke les données sur des puces de mémoire MOS constituées de cellules de mémoire MOSFET à grille flottante . Certains systèmes peuvent utiliser un contrôleur de réseau de disques pour améliorer les performances ou la fiabilité.

    Média amovible

    Pour transférer des données entre ordinateurs, un périphérique de mémoire flash externe (comme une carte mémoire ou un lecteur flash USB ) ou un disque optique (comme un CD-ROM , un DVD-ROM ou un BD-ROM ) peut être utilisé. Leur utilité dépend de leur lisibilité par d'autres systèmes ; la majorité des machines ont un lecteur de disque optique (ODD) et pratiquement toutes ont au moins un port USB ( Universal Serial Bus ). De plus, les clés USB sont généralement préformatées avec le système de fichiers FAT32 , qui est largement pris en charge par tous les systèmes d'exploitation .

    Périphériques d'entrée et de sortie

    Les périphériques d' entrée et de sortie sont généralement logés à l'extérieur du châssis principal de l'ordinateur. Les éléments suivants sont soit standard, soit très communs à de nombreux systèmes informatiques.

    Dispositif d'entrée

    Les périphériques d'entrée permettent à l'utilisateur d'entrer des informations dans le système ou de contrôler son fonctionnement. La plupart des ordinateurs personnels sont équipés d'une souris et d'un clavier , mais les ordinateurs portables utilisent généralement un pavé tactile au lieu d'une souris. Les autres périphériques d'entrée incluent les webcams , les microphones , les manettes de jeu et les scanners d'images .

    Dispositif de sortie

    Les dispositifs de sortie sont conçus autour des sens des êtres humains. Par exemple, les moniteurs affichent du texte qui peut être lu, les haut - parleurs produisent un son qui peut être entendu. De tels dispositifs pourraient également inclure des imprimantes ou une embosseuse Braille .

    Ordinateur central

    Un ordinateur central est un ordinateur beaucoup plus gros qui remplit généralement une pièce et peut coûter des centaines ou des milliers de fois plus qu'un ordinateur personnel. Ils sont conçus pour effectuer un grand nombre de calculs pour les gouvernements et les grandes entreprises.

    Un mainframe IBM System z9

    Informatique départementale

    Dans les années 1960 et 1970, de plus en plus de départements ont commencé à utiliser des systèmes moins chers et dédiés à des fins spécifiques telles que le contrôle des processus et l'automatisation des laboratoires . Un mini - ordinateur , ou familièrement mini , est une classe d' ordinateurs plus petits qui a été développé au milieu des années 1960 et vendu pour beaucoup moins cher que les ordinateurs centraux et de taille moyenne d' IBM et de ses concurrents directs.

    Supercalculateur

    Un superordinateur est superficiellement similaire à un ordinateur central mais est plutôt destiné à des tâches de calcul extrêmement exigeantes. En juin 2020, le supercalculateur le plus rapide de la liste des supercalculateurs TOP500 est Fugaku , au Japon, avec un score de référence LINPACK de 415 PFLOPS, remplaçant le deuxième plus rapide, Summit , aux États-Unis, d'environ 294 PFLOPS.

    Le terme supercalculateur ne fait pas référence à une technologie spécifique. Il indique plutôt les calculs les plus rapides disponibles à un moment donné. À la mi-2011, les supercalculateurs les plus rapides affichaient des vitesses dépassant le pétaflop, soit 1 quadrillion (10^15 ou 1 000 trillions) d'opérations à virgule flottante par seconde. Les superordinateurs sont rapides mais extrêmement coûteux, ils sont donc généralement utilisés par les grandes organisations pour exécuter des tâches exigeantes en calcul impliquant de grands ensembles de données. Les superordinateurs exécutent généralement des applications militaires et scientifiques. Bien que coûteux, ils sont également utilisés pour des applications commerciales où d'énormes quantités de données doivent être analysées. Par exemple, les grandes banques utilisent des superordinateurs pour calculer les risques et les rendements de diverses stratégies d'investissement, et les organisations de santé les utilisent pour analyser des bases de données géantes de données sur les patients afin de déterminer les traitements optimaux pour diverses maladies et problèmes rencontrés dans le pays.

    Mise à niveau matérielle

    Lors de l'utilisation de matériel informatique, une mise à niveau signifie l'ajout de matériel nouveau ou supplémentaire à un ordinateur qui améliore ses performances, augmente sa capacité ou ajoute de nouvelles fonctionnalités. Par exemple, un utilisateur peut effectuer une mise à niveau matérielle pour remplacer le disque dur par un disque plus rapide ou un disque SSD ( Solid State Drive ) pour améliorer les performances. L'utilisateur peut également installer plus de mémoire vive (RAM) afin que l'ordinateur puisse stocker des données temporaires supplémentaires ou récupérer ces données plus rapidement. L'utilisateur peut ajouter une carte d'extension USB 3.0 pour utiliser pleinement les périphériques USB 3.0, ou peut mettre à niveau l' unité de traitement graphique (GPU) pour des graphiques plus propres et plus avancés, ou plus de moniteurs . L'exécution de telles mises à niveau matérielles peut être nécessaire pour que les ordinateurs obsolètes répondent aux exigences système d'un nouveau programme ou d'un programme mis à jour.

    Ventes

    Le chiffre d'affaires mondial du matériel informatique en 2016 a atteint 408 milliards d'euros.

    Recyclage

    Parce que les pièces d'ordinateur contiennent des matières dangereuses , il y a un mouvement croissant pour recycler les pièces anciennes et obsolètes. Le matériel informatique contient des produits chimiques dangereux tels que : le plomb, le mercure, le nickel et le cadmium. Selon l' EPA, ces déchets électroniques ont un effet nocif sur l' environnement s'ils ne sont pas éliminés correctement. La fabrication de matériel nécessite de l'énergie et le recyclage des pièces réduira la pollution de l' air , la pollution de l'eau ainsi que les émissions de gaz à effet de serre. L'élimination de matériel informatique non autorisé est en effet illégal. La législation rend obligatoire le recyclage des ordinateurs dans les installations approuvées par le gouvernement . Le recyclage d'un ordinateur peut être facilité en retirant certaines pièces réutilisables. Par exemple, la RAM , le lecteur DVD, la carte graphique , le disque dur ou SSD et d'autres pièces amovibles similaires peuvent être réutilisés.

    De nombreux matériaux utilisés dans le matériel informatique peuvent être récupérés par recyclage pour être utilisés dans une production future. La réutilisation de l' étain , du silicium , du fer , de l' aluminium et d'une variété de plastiques présents en vrac dans les ordinateurs ou autres appareils électroniques peut réduire les coûts de construction de nouveaux systèmes. Les composants contiennent fréquemment du cuivre , de l' or , du tantale , de l' argent , du platine , du palladium et du plomb ainsi que d'autres matériaux de valeur adaptés à la récupération.

    Composants informatiques toxiques

    L' unité centrale de traitement contient de nombreuses matières toxiques. Il contient du plomb et du chrome dans les plaques métalliques. Les résistances, semi-conducteurs, détecteurs infrarouges, stabilisateurs, câbles et fils contiennent du cadmium. Les circuits imprimés d'un ordinateur contiennent du mercure et du chrome. Lorsque ces types de matériaux et de produits chimiques sont éliminés de manière inappropriée, ils deviendront dangereux pour l'environnement.

    Effets environnementaux

    Selon l' Environmental Protection Agency des États-Unis, environ 15 % seulement des déchets électroniques sont réellement recyclés. Lorsque les sous-produits des déchets électroniques s'infiltrent dans les eaux souterraines, sont brûlés ou sont mal manipulés lors du recyclage, cela cause des dommages. Les problèmes de santé associés à ces toxines comprennent une altération du développement mental, le cancer et des dommages aux poumons, au foie et aux reins. C'est pourquoi même les fils doivent être recyclés. Différentes entreprises ont différentes techniques pour recycler un fil. Le plus populaire est le broyeur qui sépare les fils de cuivre du boîtier en plastique/caoutchouc. Lorsque les processus sont terminés, il reste deux piles différentes; l'un contenant la poudre de cuivre et l'autre contenant des morceaux de plastique/caoutchouc. Les écrans d'ordinateur, les souris et les claviers sont tous recyclés de la même manière. Par exemple, d'abord, chacune des pièces est démontée, puis toutes les pièces internes sont séparées et placées dans son propre bac.

    Les composants informatiques contiennent de nombreuses substances toxiques, comme les dioxines , les polychlorobiphényles (PCB), le cadmium , le chrome , les isotopes radioactifs et le mercure . Un écran d'ordinateur typique peut contenir plus de 6 % de plomb en poids, dont une grande partie se trouve dans le verre au plomb du tube cathodique (CRT). Un écran d'ordinateur typique de 15 pouces (38 cm) peut contenir 1,5 livre (1 kg) de plomb, mais on estime que d'autres moniteurs contiennent jusqu'à 8 livres (4 kg) de plomb. Les circuits imprimés contiennent des quantités considérables de soudures plomb-étain qui sont plus susceptibles de s'infiltrer dans les eaux souterraines ou de créer une pollution de l'air due à l'incinération. Dans les décharges américaines, environ 40 % des niveaux de teneur en plomb proviennent des déchets électroniques. Le traitement (par exemple l'incinération et les traitements acides) requis pour récupérer ces précieuses substances peut libérer, générer ou synthétiser des sous-produits toxiques.

    Le recyclage du matériel informatique est considéré comme respectueux de l'environnement car il empêche les déchets dangereux, y compris les métaux lourds et les substances cancérigènes, de pénétrer dans l'atmosphère, les décharges ou les cours d'eau. Bien que l'électronique ne représente qu'une petite fraction du total des déchets générés, elle est beaucoup plus dangereuse. Il existe une législation stricte visant à faire respecter et encourager l'élimination durable des appareils, le plus notable étant la directive déchets d' équipements électriques et électroniques de l' Union européenne et les États-Unis Recyclage National Computer Act.

    Efforts pour minimiser le gaspillage de matériel informatique

    Comme le matériel informatique contient un grand nombre de métaux à l'intérieur, l' Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis encourage la collecte et le recyclage du matériel informatique. Le « E-cycling », le recyclage du matériel informatique, désigne le don, la réutilisation, le déchiquetage et la collecte générale des appareils électroniques usagés. De manière générale, le terme fait référence au processus de collecte, de courtage, de démontage, de réparation et de recyclage des composants ou des métaux contenus dans les équipements électroniques usagés ou mis au rebut, autrement appelés déchets électroniques (e-déchets). Les articles « e-cyclables » comprennent, sans s'y limiter : les téléviseurs, les ordinateurs, les fours à micro-ondes, les aspirateurs, les téléphones et les téléphones cellulaires, les chaînes stéréo, les magnétoscopes et les DVD à peu près tout ce qui a un cordon, une lumière ou prend une sorte de batterie .

    Le recyclage d'un ordinateur est facilité par quelques-uns des services nationaux, tels que Dell et Apple . Les deux sociétés reprendront l'ordinateur de leur marque ou de toute autre marque. Sinon, un ordinateur peut être donné à Computer Aid International qui est une organisation qui recycle et rénove les vieux ordinateurs pour les hôpitaux, les écoles, les universités, etc.

    Voir également

    Les références

    Liens externes