Fiche de révision : Architecture matérielle et démarrage

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et composants informatiques
2. Carte mère et facteurs de forme
3. Processeur et logique numérique
4. Fabrication des microprocesseurs
5. Mémoires, bus et codage
6. Architecture du Raspberry Pi
7. Séquence de démarrage système
8. Firmware, diagnostic et configuration

📖 1. Fonctions et composants informatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Ordinateur : Machine électronique automatisée capable de traiter l’information numérique.

★ À maîtriser

• Tout système informatique assure quatre fonctions fondamentales :
  • recevoir les données
  • les traiter
  • les stocker temporairement ou durablement
  • restituer les résultats

Compléments

• Les dix composants matériels majeurs présentés sont :
  • l’écran
  • la carte mère
  • le microprocesseur
  • la mémoire vive
  • les connecteurs d’extension
  • l’alimentation
  • le lecteur CD/DVD
  • le disque dur
  • la souris
  • le clavier

💡 Astuce mémo

Recevoir → traiter → stocker → restituer : le parcours de l’information.

📖 2. Carte mère et facteurs de forme

🔑 Notions clés & Définitions

• Carte mère : Circuit imprimé principal qui fournit le support physique, la distribution électrique et les bus nécessaires à l’interconnexion des composants.

★ À maîtriser

• Le socket accueille le processeur et sa disposition de broches conditionne la compatibilité mécanique et électrique avec une famille de processeurs.

📌 Les composants à bande passante critique, notamment la RAM et la carte graphique PCIe 16x, sont reliés directement au CPU, tandis que les périphériques d’E/S, le stockage secondaire et les puces réseau ou audio transitent par le chipset.

Compléments

• Les ports SATA raccordent des unités de stockage HDD et SSD SATA, tandis que le port M.2 relié aux lignes PCIe accueille notamment des SSD NVMe.

• Le format ATX mesure 305 × 244 mm et peut offrir 4 à 8 slots mémoire et jusqu’à 7 slots PCIe.

• Le format Micro-ATX mesure 244 × 244 mm et comporte généralement 2 à 4 slots PCIe.

• Le format Mini-ITX mesure 170 × 170 mm et limite l’extension à un slot PCIe et deux slots RAM.

💡 Astuce mémo

ATX étend, Mini-ITX compacte.

📖 3. Processeur et logique numérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Cœur : Unité de traitement autonome dotée de circuits de calcul, chargée de décoder, d’interpréter et d’exécuter les instructions logicielles binaires.
• Instruction machine : Ordre élémentaire codé en binaire que le processeur est physiquement capable d’exécuter.

★ À maîtriser

📐 Formule - La fréquence CPU est le produit du coefficient multiplicateur et de la fréquence du FSB : $\text{Fréquence CPU} = \text{Coefficient multiplicateur} \times \text{FSB}$.

• Dans une porte logique ET réalisée avec deux transistors en série, la sortie vaut 1 uniquement lorsque les entrées A et B valent toutes deux 1.

Compléments

• La mémoire cache L1, L2 et L3 conserve temporairement des instructions et données fréquentes afin de réduire les attentes liées à la RAM.

• Avec un coefficient de 2,5 et un FSB de 1,333 GHz, la fréquence calculée est 3,3325 GHz, soit environ 3,33 GHz après arrondi.

📌 Le jeu d’instructions (ISA) regroupe toutes les instructions exécutables par une micro-architecture, tandis qu’une instruction machine désigne un seul ordre élémentaire.

💡 Astuce mémo

Deux interrupteurs en série : la sortie ET ne s’allume que si les deux conduisent.

📖 4. Fabrication des microprocesseurs

📝 Points essentiels

• La fabrication d’un processeur passe par l’extraction du sable siliceux, la purification du silicium en lingots et wafers, le gravage des transistors sur le wafer, puis la découpe des puces et leur mise en boîtier.

💡 Astuce mémo

Du sable au boîtier : extraire, purifier, graver, découper et emballer.

📖 5. Mémoires, bus et codage

★ À maîtriser

📌 La RAM est une mémoire volatile qui contient les données et instructions en cours de traitement, tandis que la ROM est une mémoire non volatile qui conserve les programmes fondamentaux de démarrage.

• Un octet contient 8 bits et permet 256 combinaisons distinctes de zéros et de uns.

📌 Un système 32 bits peut adresser 2³² octets, soit 4 Go de RAM, tandis qu’un système 64 bits peut théoriquement adresser 2⁶⁴ octets, soit 16 exaoctets.

Compléments

• Le bus de données de la RAM présente une largeur standard de 32 ou 64 bits.

📐 Formule - Les équivalences d’unités données sont $1\,\text{To} = 2^{10}\,\text{Go} = 2^{20}\,\text{Mo} = 2^{30}\,\text{Ko} = 2^{40}\,\text{octets}$.

💡 Astuce mémo

RAM volatile pour travailler, ROM non volatile pour démarrer.

📖 6. Architecture du Raspberry Pi

★ À maîtriser

• Le Raspberry Pi décrit intègre un SoC Broadcom BCM2837 à quatre cœurs ARMv7 cadencés à 1,4 GHz, un GPU Broadcom VideoCore IV 3D double cœur et 1 Go de SDRAM.

Compléments

• Le Raspberry Pi utilise une carte Micro-SD comme stockage principal pour le système d’exploitation et les données.

• Le Raspberry Pi décrit possède 4 ports USB Type-A, un connecteur GPIO à 40 broches, un port Full HDMI, un port Ethernet Gigabit et une prise mini-jack de 3,5 mm.

• Le modèle décrit prend en charge le Wi-Fi 802.11 b/g/n/ac et le Bluetooth 4.2/BLE.

• Le Raspberry Pi dispose d’interfaces CSI pour une caméra et DSI pour un écran LCD tactile, ainsi que d’un connecteur micro-USB recevant 5 V.

📖 7. Séquence de démarrage système

★ À maîtriser

• 🔄 Le démarrage suit cette chaîne : la PSU stabilise ses tensions et émet Power Good, le CPU sort du reset et lit le Reset Vector en ROM, le firmware exécute le POST, le firmware consulte la CMOS et la séquence de démarrage, le contrôleur lit le secteur d’amorce du stockage, le bootloader est chargé en RAM et reçoit l’exécution

Compléments

• Le secteur d’amorce lu au démarrage peut être le Master Boot Record (MBR) ou l’EFI System Partition (ESP).

💡 Astuce mémo

Power Good → Reset Vector → firmware → POST → stockage → RAM et OS.

📖 8. Firmware, diagnostic et configuration

🔑 Notions clés & Définitions

• Mémoire CMOS : Petite puce SRAM à faible consommation qui conserve des paramètres de configuration et l’horloge temps réel du système.

★ À maîtriser

📌 Le BIOS Legacy utilise une interface textuelle, un code 16 bits en mode réel, le partitionnement MBR limité à 4 partitions primaires, une limite de disque de 2,2 To, un démarrage séquentiel et aucune vérification des signatures d’exécutables.

📌 L’UEFI offre une interface graphique avec souris, fonctionne en 32 ou 64 bits en mode protégé, prend en charge GPT jusqu’à 128 partitions et les volumes jusqu’à 9,4 zettaoctets, propose Secure Boot et parallélise l’initialisation.

• Le POST vérifie les composants et bus vitaux, notamment le CPU, la RAM, la carte graphique et les contrôleurs de bus, avant la poursuite de l’initialisation.

Compléments

• En cas de panne détectée par le POST, la carte mère peut signaler l’erreur par des bips, un code alphanumérique sur afficheur sept segments ou un message à l’écran.

📌 La pile CMOS CR2032 alimente la mémoire CMOS lorsque l’ordinateur est éteint ou débranché ; sans cette alimentation, les paramètres sont réinitialisés et la date système est perdue.

💡 Astuce mémo

La CMOS conserve les paramètres ; la pile CR2032 les alimente.

📊 Tableaux de synthèse

BIOS Legacy et UEFI

Formats de carte mère