Qu'est-ce qu'une carte mère ? Définition, composants et fonctions

La carte mère d'un ordinateur est généralement la plus grande carte de circuit imprimé du châssis d'une machine. Il distribue l'électricité et facilite la communication entre et vers l'unité centrale de traitement (CPU), la mémoire vive (RAM) et tout autre composant du matériel de l'ordinateur. Il existe une large gamme de cartes mères, chacune étant destinée à être compatible avec un modèle et une taille d'ordinateur spécifiques.

Étant donné que différents types de processeurs et de mémoires sont destinés à fonctionner au mieux avec certains types de cartes mères, il est difficile de trouver une carte mère compatible avec chaque type de CPU et de mémoire. Les disques durs, en revanche, sont généralement compatibles avec une grande variété de cartes mères et peuvent être utilisés avec la plupart des marques et des types.

Une carte mère d'ordinateur peut être trouvée à l'intérieur d'un boîtier d'ordinateur, qui est le point de connexion pour la plupart des éléments et périphériques de l'ordinateur. Lorsqu'il s'agit d'ordinateurs tour, on peut chercher une carte mère sur le côté droit ou gauche de la tour ; le circuit imprimé est le plus important.

Les premières cartes mères pour ordinateurs personnels comprenaient relativement moins de composants réels. Seuls un processeur et quelques ports de carte étaient inclus sur la toute première carte mère IBM PC. Les utilisateurs ont inséré divers composants, notamment de la mémoire et des contrôleurs pour lecteurs de disquettes, dans les emplacements prévus.

Compaq est devenue la première entreprise à utiliser une carte mère qui n'était pas basée sur une conception créée par IBM. La nouvelle architecture utilisait un processeur fabriqué par Intel. Lorsque les ventes de Compaq ont commencé à décoller, d'autres entreprises ont rapidement emboîté le pas, même si plusieurs entreprises du secteur pensaient que c'était une décision risquée.

Mais dans les années 1990, Intel détenait une part dominante du marché des cartes mères pour ordinateurs personnels. Asus, Gigabyte Technology et Micro-Star International (MSI) sont les trois sociétés les plus influentes de ce secteur. Cependant, Intel reste l'un des dix meilleurs fabricants de cartes mères au monde, même si Asus est désormais le plus grand fabricant de cartes mères de la planète.

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Pour comprendre ce que sont les cartes mères et ce qu'elles font, nous devons d'abord examiner leurs différents types et spécifications.

En raison de leurs dimensions physiques plus importantes (qui peuvent être mesurées en centièmes de millimètres), ces cartes mères ne fonctionnent pas correctement avec les ordinateurs qui entrent dans la catégorie des ordinateurs de bureau plus petits. Une taille physique plus importante rend plus difficile l'installation de nouveaux pilotes matériels.

Les connexions d'alimentation sur ces cartes mères se présentent sous la forme de prises et de fiches à six broches chacune. En raison de la difficulté à reconnaître ces connexions électriques, les utilisateurs ont souvent des problèmes lorsqu'ils essaient de les connecter et de les faire fonctionner. Dans les années 1980, les cartes mères de ce type faisaient fureur et elles ont continué à être fabriquées jusque dans les années 2000.

ATX est une version améliorée de la carte mère AT créée par Intel dans les années 1990. Son nom signifie "technologie avancée étendue" et ses initiales signifient "technologie avancée". Contrairement à AT, il est beaucoup plus compact et permet d'interchanger les composants associés. Les éléments de connexion ont connu des progrès et un développement significatifs.

La longueur et la largeur de ces cartes mères, mesurées en millimètres, sont également de 244 mm (les mesures de taille différeront selon le fabricant). Cette carte mère a moins de ports et d'emplacements que la carte ATX standard.

Les utilisateurs qui ne veulent pas de connexions excessives et de mises à niveau ultérieures, comme l'ajout de plus de RAM, d'un GPU supplémentaire ou d'autres cartes PCI (Peripheral Component Interconnect), sont mieux adaptés à ce type de carte mère qu'aux autres.

Cette carte mère peut être installée dans tous les cas avec suffisamment d'espace pour accueillir 244 mm par 244 mm. Il peut également être installé dans des boîtiers plus grands compatibles avec les cartes mères Standard ATX ou eXTENDED ATX.

Les dimensions de cette carte mère sont de 344 millimètres sur 330 millimètres (les dimensions différeront selon les fabricants). Cette carte mère prend en charge une configuration à un ou deux processeurs et possède jusqu'à huit emplacements de RAM.

De plus, il dispose d'un plus grand nombre d'emplacements PCIe (où e est pour Express) et PCI, qui peuvent être utilisés pour ajouter des cartes PCI pour une large gamme d'applications. Les postes de travail et les serveurs peuvent tous deux utiliser ce logiciel. Il y a suffisamment de place sur toutes les cartes mères eATX, ce qui les rend idéales pour les ordinateurs de bureau, grâce à l'espace important prévu pour le flux d'air et la fixation de divers composants.

Ces cartes mères ATX Form Factor ne jouissent pas du même degré de popularité que leurs homologues ATX Form Factor. Ce sont ceux de la famille ATX qui sont considérés comme les plus compacts. Ils ont été conçus pour occuper un minimum d'espace et ont un prix minimal. Flex ATX est une modification du mini ATX créé par Intel entre 1999 et 2000. C'est une norme de carte mère.

Par rapport aux itérations précédentes, cela présente deux améliorations importantes. Le premier changement était que les ports de sortie et d'entrée ont été déplacés vers l'arrière de l'appareil, et le deuxième changement était l'ajout d'une carte riser, qui permet à l'appareil d'avoir des emplacements supplémentaires et facilite la connexion de composants.

Il existe une implémentation de certaines de ces fonctionnalités sur la carte mère AT. Le principal inconvénient de cette carte est qu'elle n'a pas de ports de port graphique accéléré (AGP), ce qui entraîne une connexion au PCI qui se fait directement. Les nouvelles cartes étendues à profil bas (NLX) sont celles où les problèmes présents dans ces cartes mères ont été résolus.

La technologie équilibrée étendue, abrégée en BTX, est une stratégie développée pour répondre aux exigences des technologies émergentes, qui nécessitent une consommation d'énergie accrue et, par conséquent, dégagent plus de chaleur. Au milieu des années 2000, Intel a arrêté la future production de cartes BTX pour se concentrer sur les CPU basse consommation.

Compte tenu de leur petite taille par rapport à une carte mère typique, ces cartes sont appelées Pico. Même si la moitié supérieure du BTX est partagée, la prise en charge est fournie pour deux emplacements d'extension. Ses caractéristiques distinctives sont les cartes demi-hauteur ou riser, et il est conçu pour répondre aux besoins des applications numériques.

Il est important de noter qu'il n'existe pas de version de taille normale de la carte mère ITX (Information Technology Extended). À sa place, la carte mère a été réduite dans une forme plus compacte que dans les itérations précédentes. Il a été développé dans les années 2000 et ses mesures sont de 17 sur 17 centimètres.

En raison de sa consommation d'énergie réduite et de ses capacités de refroidissement plus rapides, il est principalement utilisé dans les ordinateurs à petit facteur de forme (SFF). Étant donné qu'elle a un niveau de bruit de ventilateur relativement faible, la carte mère est celle qui est la plus recommandée pour une utilisation dans les systèmes de cinéma maison car elle améliorera les performances globales du système.

Le nom "Intel 5×5" a été initialement donné à la carte mère maintenant connue sous le nom de Mini-STX, qui signifie mini socket technology extended. Bien qu'elle ait été introduite en 2015, la carte mère a des dimensions de 147 millimètres sur 140 millimètres. Cela se convertit en une longueur de 5,8 pouces et une largeur de 5,5 pouces; par conséquent, le nom 5 × 5 est plutôt trompeur.

La carte Mini-STX est plus longue de 7 millimètres d'avant en arrière, ce qui lui donne une forme quelque peu rectangulaire. Cela contraste avec la forme d'autres cartes à facteur de forme minuscule, comme la Next Unit of Computing (NUC) ou la mini-ITX, qui sont carrées.

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Lorsque vous allumez votre ordinateur, l'alimentation transfère l'électricité à la carte mère pour être utilisée par l'ordinateur. Les données sont transportées entre les composants du chipset via des bus de données et voyagent entre les sections southbridge et northbridge.

Les connexions de données au processeur, à la RAM ou au PCIe sont effectuées via le composant northbridge. Les opérations effectuées par la RAM sont d'abord "interprétées" par la CPU comme étant sorties après que la RAM commence à fournir des entrées à la CPU. Après avoir été écrites sur le PCIe, les données sont soit copiées, soit déplacées vers la carte d'extension, en fonction du type de carte dont vous disposez.

La connexion de données au système d'entrée/sortie de base (BIOS), au bus série universel (USB), à la connexion de technologie avancée série (SATA) et au bus PCI est gérée par le composant southbridge. Votre ordinateur peut démarrer grâce aux signaux envoyés au BIOS, et les données envoyées au SATA "réveillent" vos disques optiques, disques durs et disques SSD. La carte vidéo, la carte réseau et la carte son sont alimentées par les informations stockées sur le SATA.

Les composants restants interagissent via un signal électrique, qui leur sert de plaque tournante. Ces bus de données passent par les éléments northbridge ou southbridge d'une micropuce, qui se ramifient ensuite vers d'autres composants tels que le CPU, la RAM, le PCI et le PCIe, entre autres éléments.

Les informations transmises sur les bus seront encodées à l'aide d'un langage de programmation (1 et 0). Lorsqu'un signal est envoyé à une carte mère depuis l'un de ses composants, la carte mère le traite et le traduit dans un langage que l'autre composant peut comprendre. Sur la plupart des systèmes informatiques actuels, tout cela se produit en une fraction de seconde et il n'y a presque aucun délai entre l'entrée et la sortie.

Voici les composants clés d'une carte mère :

Les cartes mères d'ordinateur doivent avoir deux connecteurs distincts qui permettent aux utilisateurs de connecter leur souris et leur clavier externes. Ces connecteurs sont chargés d'envoyer des instructions et de recevoir des réponses de l'ordinateur. Il y a deux connecteurs clavier et souris, le PS/2 et l'USB. Le port système personnel/2 (PS/2) est une prise mini-DIN qui contient six broches et connecte la souris ou le clavier à un ordinateur compatible IBM. D'autres ordinateurs utilisent le port USB pour connecter la souris ou le clavier.

L'USB est une interface informatique qui connecte les ordinateurs à d'autres appareils, tels que les téléphones. Le port USB est une partie importante d'une carte mère qui permet aux utilisateurs de connecter des périphériques externes tels que des imprimantes, des scanners et des clés USB à l'ordinateur. De plus, il permet aux utilisateurs de transférer des données entre l'appareil et l'ordinateur. Un port USB permet aux utilisateurs de connecter des périphériques sans redémarrer le système. Les types d'USB incluent USB-A, USB-B, USB-mini, micro-USB, USB-C et USB-3.

L'unité centrale de traitement (CPU) est communément appelée le cerveau de l'ordinateur. Le CPU contrôle toutes les fonctions d'un ordinateur. Les processeurs sont disponibles dans différents facteurs de forme, chacun nécessitant un emplacement particulier sur la carte mère. Un processeur peut contenir un ou plusieurs cœurs. Un processeur avec un seul cœur ne peut effectuer qu'une seule tâche à la fois, tandis que ceux avec plusieurs cœurs peuvent exécuter plusieurs tâches simultanément.

Les emplacements RAM connectent la mémoire vive (RAM) à la carte mère. La RAM permet à l'ordinateur de stocker temporairement des fichiers et des programmes auxquels le CPU accède. Les ordinateurs avec plus de capacité de RAM peuvent contenir et traiter des fichiers et des programmes plus volumineux, améliorant ainsi les performances. Cependant, le contenu de la RAM est effacé lorsque l'ordinateur est éteint. Un ordinateur possède généralement deux emplacements de RAM. Cependant, certains ordinateurs ont jusqu'à quatre emplacements de RAM sur la carte mère pour augmenter la mémoire disponible.

Le BIOS contient le firmware de la carte mère. Il se compose d'instructions sur ce qu'il faut faire lorsque l'ordinateur est allumé. Il est responsable de l'initialisation des composants matériels et du chargement du système d'exploitation de l'ordinateur. Le BIOS permet également au système d'exploitation de l'ordinateur d'interagir et de répondre avec des périphériques d'entrée et de sortie tels qu'une souris et un clavier.

Dans certaines cartes mères, le BIOS hérité est remplacé par l'interface de micrologiciel extensible moderne (EFI) ou l'interface de micrologiciel extensible unifiée (UEFI). UEFI et EFI permettent à l'ordinateur de démarrer plus rapidement, fournissent plus d'outils de diagnostic et de réparation et fournissent une interface plus efficace entre le système d'exploitation et les composants de l'ordinateur.

Les chipsets d'un ordinateur contrôlent la manière dont le matériel informatique et les bus interagissent avec le processeur et les autres composants. Les chipsets déterminent également la quantité de mémoire que les utilisateurs peuvent ajouter à une carte mère et le type de connecteurs que la carte mère peut avoir.

Le premier type de chipset est le chipset northbridge. Le northbridge gère la vitesse à laquelle le CPU communique avec les composants. Il contrôle également le processeur, le slot vidéo AGP et la RAM.

Le deuxième type de chipset est le chipset southbridge. Le chipset southbridge contrôle le reste des composants connectés à l'ordinateur, y compris la communication entre le processeur et les ports d'extension tels que les ports USB et les cartes son.

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La chaleur générée lorsque le courant électrique circule entre les composants peut ralentir le fonctionnement d'un ordinateur. Si trop de chaleur s'accumule sans contrôle, cela pourrait endommager les composants de l'ordinateur. Ainsi, un ordinateur fonctionne mieux lorsqu'il est maintenu au frais. Les ventilateurs de refroidissement augmentent le débit d'air, ce qui aide à évacuer la chaleur de l'ordinateur. Certains éléments, tels que les cartes vidéo, ont des ventilateurs de refroidissement dédiés.

Les cartes adaptateurs sont intégrées à la carte mère pour améliorer les fonctionnalités d'un ordinateur. Les exemples incluent les adaptateurs audio et vidéo. Les connecteurs d'extension permettent aux utilisateurs d'installer des cartes adaptateurs compatibles. Des exemples d'emplacements d'extension incluent l'emplacement d'interconnexion de composants périphériques (PCI), l'emplacement AGP (qui permet l'insertion de cartes vidéo), l'emplacement de bus série PCI Express et l'emplacement d'extension PCI.

La batterie CMOS est une petite batterie ronde qui se trouve sur la carte mère de chaque ordinateur. Il alimente la puce semi-conductrice à oxyde métallique complémentaire (CMOS). La puce CMOS stocke les informations du BIOS et les paramètres de l'ordinateur, même lorsqu'il est éteint. La batterie CMOS permet aux utilisateurs d'ignorer la réinitialisation des configurations du BIOS, telles que l'ordre de démarrage, les paramètres de date et d'heure, chaque fois qu'ils allument leur ordinateur.

Les lecteurs de stockage stockent les données de manière permanente ou récupèrent les données d'un disque multimédia. Les périphériques de stockage peuvent être installés dans l'ordinateur en tant que disques durs ou dans des lecteurs amovibles pouvant se connecter à l'ordinateur via les ports USB. Les disques durs (HDD) ou les disques à semi-conducteurs (SSD) sont les principaux disques de stockage des ordinateurs. Les ordinateurs équipés de SSD exécutent des tâches beaucoup plus rapidement et fonctionnent mieux que les disques durs. Les utilisateurs peuvent également utiliser des lecteurs optiques tels que des disques compacts pour stocker des informations.

Les connecteurs du panneau avant relient les diodes électroluminescentes (DEL) à l'avant du boîtier au disque dur, au bouton d'alimentation, au bouton de réinitialisation et au haut-parleur interne pour les tests. Certains périphériques USB et audio sont également équipés de voyants LED.

Ces connecteurs du panneau avant sont généralement branchés sur de petites broches sur la carte mère. Bien que les broches soient regroupées et codées par couleur, leur structure de disposition varie selon le modèle de la carte mère.

Le connecteur d'alimentation fournit une alimentation électrique à l'ordinateur pour qu'il fonctionne comme prévu. Le connecteur d'alimentation a 20 broches et convertit l'alimentation 110 V CA en +/-12 V, +/-5 V et 3,3 V en courant continu (CC).

Voici sept fonctions d'une carte mère :

Le composant BIOS de la carte mère garantit que le système d'exploitation interagit bien avec les périphériques d'entrée et de sortie, tels que le clavier et la souris, pour traiter les instructions. Cela garantit que les données envoyées à l'ordinateur se déplacent comme prévu pour remplir l'objectif prévu. Il gère également le flux de données via ses ports USB, permettant le transfert de données entre les appareils. De plus, il garantit que le processeur peut accéder aux informations de la RAM pour augmenter l'efficacité.

La carte mère permet aux consommateurs d'économiser du temps, de l'énergie et de l'argent en connectant tous les ordinateurs connectés. La carte mère fournit une plate-forme sur laquelle les fabricants peuvent connecter tous les composants nécessaires pour assurer le fonctionnement de l'ordinateur. Ainsi, les consommateurs économisent du temps et de l'énergie car ils n'ont pas à assembler et connecter manuellement différentes pièces. De plus, la collecte des composants individuels peut s'avérer coûteuse car les consommateurs seraient contraints d'engager des frais de transport supplémentaires et d'autres frais divers.

La carte mère fournit et distribue la puissance de manière optimale. Les ordinateurs ont besoin d'électricité pour fonctionner. La carte mère a une prise de connecteur d'alimentation qui connecte l'ordinateur à une source d'alimentation et la convertit en une forme d'alimentation électrique que l'ordinateur peut utiliser. Après cela, la carte mère veille à ce que le courant électrique soit distribué de manière optimale aux différents composants du système.

La carte mère dispose d'une technologie de circuit intégré avec des connexions prédéfinies qui garantissent que chaque élément reçoit la puissance nécessaire. De plus, les circuits garantissent que moins d'énergie est consommée pour faire de l'ordinateur une machine économe en énergie.

La carte mère facilite la communication entre les différents composants. Pour qu'un ordinateur traite un ensemble particulier d'instructions, il peut parfois être nécessaire que plusieurs composants communiquent et travaillent ensemble pour accomplir la tâche. Dans de tels scénarios, la carte mère s'appuie sur sa technologie de circuit pour permettre la communication entre ces composants. La carte mère peut également dépendre de certains de ses composants, tels que le processeur, le BIOS, les ports d'extension et les ports USB, pour interagir avec le système d'exploitation de l'ordinateur.

La carte mère augmente les capacités d'un ordinateur. Les cartes mères transforment souvent les capacités d'un ordinateur. Par exemple, ils ont des caractéristiques et des fonctionnalités supplémentaires, telles que des capacités audio et vidéo intégrées qui peuvent améliorer la sortie de l'ordinateur. Les cartes mères permettent également aux utilisateurs de connecter des périphériques tels que des imprimantes, permettant aux ordinateurs d'effectuer des tâches supplémentaires telles que l'impression de documents. De plus, les utilisateurs peuvent étendre et mettre à niveau les pièces de carte mère fabriquées en usine telles que les emplacements de mémoire ou les disques durs pour augmenter les capacités de leurs ordinateurs.

Une bonne carte mère augmente la fiabilité globale de l'ordinateur. Une carte mère de haute qualité fournit une base stable sur laquelle ses composants peuvent fonctionner. Une bonne carte mère dispose d'un refroidissement adéquat et sa technologie de circuit intégré est mise en place. Ces facteurs lui permettent de contrôler efficacement le matériel de l'ordinateur en s'assurant que chaque élément fonctionne comme prévu et communique avec les autres composants. Un ordinateur fiable exécute les tâches efficacement et améliore ainsi l'expérience utilisateur.

La carte mère réduit la duplication des efforts et simplifie le travail des utilisateurs d'ordinateurs. Alors que les ordinateurs traditionnels étaient préinstallés avec le BIOS, les ordinateurs modernes sont préinstallés avec EFI et UEFI. Le BIOS, l'EFI et l'UEFI permettent aux ordinateurs de démarrer sans obliger les utilisateurs à reconfigurer les paramètres de base, l'heure et la date. Ils chargent également le système d'exploitation dans la mémoire. Par conséquent, ces composants de la carte mère permettent aux utilisateurs de se concentrer sur d'autres tâches productives.

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Les cartes mères sont une partie si essentielle des systèmes informatiques que même les modèles miniaturisés comme Raspberry Pi en ont une à bord. Ils pilotent l'ensemble du fonctionnement de l'ordinateur en laissant d'autres parties (le processeur, les pilotes, les ports, etc.) communiquer entre elles. Une carte mère puissante est également coûteuse à fabriquer et à remplacer et est l'un des composants les plus durables d'un PC.

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Source de l'image : Shutterstock

Rédacteur technique