De quoi est composé un ordinateur ?
Contrairement à beaucoup d'appareils électriques de la vie courante, un ordinateur personnel n'est pas un ensemble complet et intégré. Il est constitué de différents sous-ensembles, qui assurent chacun une fonction déterminée. Nous allons étudier ces différents composants, et détailler leur utilité.
Les composants internes d'un ordinateur personnel
Nous allons nous placer dans le cadre d'un ordinateur personnel, tel celui que possèdent un grand nombre de personnes. Les photos et descriptions s'appliquent principalement à un ordinateur dit "fixe", mais peuvent être transposés à un ordinateur "portable". En effet, un ordinateur portable fonctionne exactement sur le même schéma, mais les composants y sont miniaturisés et assemblés au sein d'un unique ensemble comprenant clavier, souris, écran et composants internes.
L’alimentation est un composant essentiel de l'ordinateur. Sa fonction est simple : elle transforme le courant du secteur (230V alternatif), en des tensions de faibles valeurs comme 3,3V, 5V ou 12V. Pour cela, elle le redresse, le stabilise et en diminue la tension à l'aide de transformateurs, de ponts de diodes et de transistors de hachage. Il est intéressant de noter que l'ordinateur est une machine à traiter de l'information, et par conséquent, consomme inévitablement de l'énergie.
Le processeur (qui devrait être appelé « processeur central ») est responsable de l’exécution des programmes, de la réalisation des calculs et de la centralisation des tâches. Il existe différentes architectures qui possèdent différentes caractéristiques techniques, mais on observe des performances de calcul globalement croissantes au cours du temps. Cette observation s'explique par la miniaturisation et l'amélioration des techniques de construction, qui permettent d'intégrer de plus en plus de circuits de calcul dans un espace réduit.
La carte mère porte le processeur et est connectée à tous les autres composants de la machine. Elle coordonne les tâches effectuées par tous ces éléments, et permet aux programmes de communiquer avec le matériel en utilisant un langage standardisé. La carte mère est composée principalement de plusieurs microprocesseurs. On peut notamment citer le chipset (« jeu de puces »), qui est l'ensemble northbridge – southbridge. Ces deux puces sont responsables de la communication entre les composants internes, et entre les périphériques. Cependant, ces fonctions sont de plus en plus souvent implantées au cœur du processeur.
La mémoire vive permet de stocker les instructions (programmes) et les données nécessaires à leur exécution. Son avantage est d'être d'accès rapide, mais son prix est relativement élevé. Elle ne conserve pas les informations lorsque l'ordinateur est arrêté.
Le support de stockage est nécessaire pour enregistrer durablement les données. Il s'agit le plus souvent d'un disque dur. Ce dernier enregistre les données par magnétisme, en orientant des cellules magnétiques dans deux sens différents pour coder les nombres binaires (nombres en base 2). Son inconvénient est que lecture et écriture sont réalisées par une tête qui se déplace sur la surface d'un plateau de métal. Il est donc très lent par comparaison avec des phénomènes uniquement électroniques tels que ceux mis en œuvre dans la mémoire vive. Cet inconvénient est comblé par la mémoire flash utilisée dans une nouveau type de supports de stockage, les disques flash (en Anglais SSD pour Solid State Drive). La mémoire flash est cependant chère, c'est pourquoi une solution courante aujourd'hui est une combinaison des deux technologies présentées ici.
La carte graphique permet à l'ordinateur de créer des signaux analogiques ou numériques qui sont lisibles par l'écran. Cela permet d'afficher des images à l'écran pour interagir avec l'utilisateur. La carte graphique gère également les calculs de modélisation 3D, ce qui permet de jouer à des jeux vidéo. Il arrive qu'elle soit intégrée au chipset de la carte mère voire au processeur dans les architectures récentes.
Les périphériques
Les périphériques sont les composants de l'ordinateur qui ne sont généralement pas inclus dans le boîtier. Ils ont pour but de permettre l'entrée et la sortie de données dans ou hors de l'ordinateur. Ainsi, dans l'exemple d'un ordinateur personnel, l'écran (connecté à la carte graphique) ou les haut-parleurs (connectés à la carte son) permettent la présentation des données à l'utilisateur. Le clavier et la souris permettent quant à eux la saisie de données en entrée.
Superordinateurs et systèmes distribués
Nous avons dans cette page développé le cas particulier d'un ordinateur personnel. Cependant, les ordinateurs utilisés par les scientifiques pour des calculs de grande envergure en diffèrent par leur structure, non par leur fonctionnement. En effet, ces systèmes appelés superordinateurs sont en réalité des assemblages d'une multitude de processeurs connectés par des liaisons rapides, qui possèdent une alimentation électrique de grande envergure. Il existe également des fermes de calcul qui appliquent la même idée que les superordinateurs, mais associent des ordinateurs complets montés en réseau.
Ce type de système est imité par les scientifiques avec l'utilisation de systèmes de "calcul distribué" (distributed computing). Dans ce cas, les calculs sont réalisés par une multitude d'ordinateurs personnels, de serveurs, ou même de consoles de jeu connectés et coordonnés entre eux par Internet. Ce réseau mondial permet de synchroniser les calculs réalisés par ces machines avec le serveur central.
On peut citer plusieurs groupes de calcul distribué d'envergure mondiale, comme Folding@Home, SETI ou encore BOINC. De même, certaines entreprises ou associations créent un groupe de calcul distribué constitué de toutes leurs machines, plutôt que d'investir dans des ordinateurs de grande puissances (temps de calcul de superordinateurs ou centres de calcul locaux). Il est à noter que le développement des réseaux, et notamment du réseau mondial qu'est Internet, possède une importance capitale dans ces différents systèmes.