Une machine pas comme les autres

L’ordinateur portable est, dans sa conception, fondamentalement identique à n’importe quel ordinateur de bureau. Rappelons que la modularité est le maître mot des ordinateurs. Ainsi, contrairement aux appareils tout intégrés comme les appareils photo, les ordinateurs doivent garder une compatibilité tous azimuts avec une très grande quantité de matériels antérieurs et postérieurs à leur date de fabrication. Cet impératif oblige une dissociation forte entre le matériel et ce qu’on appelle le système d’exploitation (logiciel). Ce dernier devant pouvoir s’adapter à de nombreux cas de figure. Il en résulte qu’un ordinateur, contrairement par exemple à un téléviseur, doit passer par une succession très longue et compliquée d’étapes menant, au final, à son utilisation. Ces étapes ont pour principal but d’assurer le bon fonctionnement de concert de tous les composants de la machine, via ce qu’on appelle « le système d’exploitation ». Le plus connu des systèmes d’exploitation est bien entendu Windows (dans ses différentes versions) édité par le géant du logiciel : Microsoft.

La première étape : le BIOS

C’est le premier maillon de la longue chaîne qui permet de « réveiller » tous les autres composants. Le BIOS prend en charge la reconnaissance basique des différents organes et s’assure de leur bon fonctionnement dans la structure générale de l’ordinateur. Car, du bon déroulement des étapes de reconnaissance et d’activation du matériel dépend le bon fonctionnement de l’ordinateur.

Le BIOS fonctionne par défaut tout seul et enclenche, dans un ordre précis (toujours le même, à de rares variantes près), les étapes. Il permet également une configuration primaire des périphériques dans un menu dédié qu’on commande au clavier. Cette fonctionnalité sert aujourd’hui principalement à résoudre des problèmes de compatibilité/reconnaissance, de conflit entre matériels ou encore à surcadencer certains composants de l’ordinateur, comme le processeur.

Le relais logiciel pour démarrer le système

Une fois tous les composants correctement démarrés, le BIOS va « chercher » le secteur de démarrage du disque dur (parfois appelé « boot sector »). C’est l’étape nécessaire au démarrage du système d’exploitation (dans de très nombreux cas : Windows). De là, c’est l’étape logicielle qui prend le relais et démarre le système d’exploitation. Avec ce que cela comporte comme transfert de données au sein de l’ordinateur. Nous y reviendrons plus tard, notamment dans les transferts de données à partir du disque dur.

La partie concernant le chargement du système d’exploitation consiste essentiellement en des chargements de morceaux de logiciel à partir du disque dur jusque dans la mémoire vive centrale (la fameuse RAM). Bien entendu, c’est une étape où beaucoup d’autres composants entrent en jeu - comme le processeur qui se charge d’orchestrer tout ce ballet. Cependant, le but visé n’en demeure pas moins que le système d’exploitation ait les éléments essentiels à son fonctionnement dans la mémoire vive (RAM). C’est une étape sensible, et beaucoup de problèmes de fonctionnement de l’ordinateur surviennent à ce moment-là.

L'amorçage du disque

Si cette étape peut sembler longue et complexe, elle comporte un avantage non négligeable (en plus d’assurer une compatibilité totale au niveau matériel) pour qui désire diagnostiquer un éventuel problème au démarrage. En effet, si l’ordinateur rencontre un problème avant l’amorce du disque dur (ou « boot sector »), ce dernier est d’ordre matériel, autrement, la probabilité qu’il soit d’ordre logiciel est très forte.

L’interlocuteur principal : le système d’exploitation

Après le chargement du système d’exploitation, voilà l’ordinateur fin prêt pour être utilisé. Du clic de souris ou de la frappe sur le clavier, quel est le cheminement des informations qui mène à l’accomplissement d’une tâche ?

Penchons-nous tout d’abord sur le système d’exploitation. C’est le logiciel principal, sur lequel toute l’utilisation de l’ordinateur repose. Les autres logiciels installés sur la machine passent par lui pour effectuer leurs opérations. De même, c’est par le système d’exploitation que l’utilisateur agit sur l’ordinateur, car il constitue l’interlocuteur incontournable pour interpréter les commandes et les transformer en données traitables par le matériel.

À chaque « événement », comme un clic de souris ou une touche pressée sur le clavier, le signal engendré est directement transmis à une puce électronique appelée « southbridge ». C’est elle qui se charge de gérer la plupart des entrées et sorties de données de l’ordinateur, en plus de certaines autres tâches essentielles.

Le traitement d’une commande

Le southbridge traite le signal qui lui parvient et l’achemine vers son homologue, appelé « northbridge », lequel se charge d’aiguiller les informations dans le cœur à proprement parler de l’ordinateur. Le signal est alors transmis au processeur qui aura charge d’interpréter et de traiter la commande.

Celui-ci lancera alors le processus qui passe par l’interrogation du système d’exploitation sur la manière de traiter la commande. Pour cela, le processeur « consulte » la RAM où réside le système d’exploitation depuis le démarrage de la machine, en passant par le « northbridge ». La réponse de cette consultation indiquera au processeur l’opération à effectuer.

Un aperçu des éléments critiques dans la performance d’un ordinateur

On comprend alors dans cette organisation que la vitesse du processeur (exprimée en gigahertz aujourd’hui) conditionne grandement la vitesse de traitement d’une commande (et donc d’exécution d’un programme) et, par la même occasion, on devine que le chipset (terme qui regroupe le southbridge et le northbridge) ou encore la mémoire vive (RAM) conditionnent aussi grandement les performances. Car ils interviennent très souvent dans le processus de traitement de l’information. Nous détaillons ces points dans les guides respectifs concernant ces composants (Mémoire RAM et Carte mère).

De la commande à l’accès aux données

Typiquement, une commande actionne la lecture et la modification d’un fichier stocké sur le disque dur (pièce de l’ordinateur qui mémorise et sauvegarde les données). Une fois que le processus initié par l’intervention de l’utilisateur en arrive à indiquer au processeur la lecture d’un fichier, le processeur envoie une requête qui transite par le « northbridge » pour parvenir au « southbridge ».

Ce dernier gère les entrées des données dans le circuit décrit ci-dessus. Ainsi, c’est à lui qu’incombent les communications avec les disques durs, considérées comme des entrées de données dans le système. À ce titre, l’accès aux DVD, CD, communications réseau (comme internet ou PC à PC), périphériques externes (disque dur externe, clés USB, appareils photo numériques) fonctionnent sur le même schéma. Les données sont alors acheminées selon le chemin inverse pour être stockées en mémoire vive (RAM), puis traitées par le processeur.

Autrement dit : southbridge>northbridge>mémoire vive>northbridge> processeur.

Sauvegarde des données : entre RAM et disque dur

On remarque alors dans cette organisation que le processeur ne travaille que sur les données de la mémoire vive, et que ses opérations et modifications y sont toujours stockées. On comprend alors que la quantité de RAM est un paramètre de confort crucial lors de l’utilisation d’un ordinateur, puisqu’une taille insuffisante oblige à avoir recours à une rotation des données en mémoire.

Ce qui mène à de nombreux accès au disque dur, qui fait alors également office de zone tampon (on parle alors de « swap ») pour la mémoire, avec tous les ralentissements que la longue chaîne d’accès/écriture au disque dur entraîne (sans compter la vitesse infiniment plus grande d’un accès « électronique » aux données en mémoire vive par rapport à un accès « mécanique » aux données stockées sur un disque dur).

Lors d’une sauvegarde de données, le contenu (à jour) du fichier en question stocké en mémoire vive est alors copié sur le disque dur en remplacement de l’ancienne version. Le processus emprunte le même chemin qu’un accès aux données.

La carte graphique, "traiteur" de l'image

C’est tout simplement ce composant qui s’occupe de traiter toutes les images à afficher sur l’écran. Avec la place grandissante du jeu vidéo dans les ordinateurs, le rôle des composants tels que la carte graphique a pris de l’importance dans les performances globales d’un ordinateur en environnement ludique. À tel point que, sur certains jeux, la carte graphique devient prépondérante.

En effet, de nombreux effets spéciaux sont gérés directement par la carte graphique. Le processeur travaillant sur les données brutes obtenues à partir de calculs sur les informations stockées en mémoire vive, il achemine les résultats bruts de ses calculs vers la carte graphique en passant par le northbridge. Ce dernier utilise un canal de communication spécial (le fameux PCI-Express) pour envoyer les données à la carte graphique qui se chargera d’appliquer les dernières étapes de calcul avant d’envoyer l’image vers un périphérique d’affichage (écran d’ordinateur portable, moniteur ou même téléviseur-vidéoprojecteur, tout cela via une sortie VGA DVI ou S-Video). Cette dernière étape est de plus en plus complexe et nous la décrivons plus en détail dans notre dossier sur les cartes graphiques. Dans les faits, la carte graphique sur un ordinateur portable est, le plus souvent, une puce soudée qui ne se présente pas de manière différente des autres composants ; seul son lien avec le reste du système la « détache ». Il existe cependant une solution, s’appelant le « MXM », qui matérialise la partie graphique sous l’apparence d’une mini-carte qui vient se connecter au reste. L’intérêt est limité pour l’utilisateur, mais il simplifie grandement la gestion des gammes d’un constructeur.

On constate, là encore, que le northbridge est l’élément central de communication interne entre composants. On comprend alors d’autant mieux que la vitesse à laquelle il achemine les informations détermine les performances globales d’un ordinateur. Par ailleurs, de nombreux ordinateurs portables sont équipés d’une « carte graphique intégrée » au northbridge. Ce dernier se trouve alors chargé d’une tâche supplémentaire.

Enfin, si aujourd’hui une carte graphique puissante sert surtout dans les jeux vidéo et les applications 3D professionnelles, le tout récent système d’exploitation Windows Vista de Microsoft change la donne. En effet, il utilise de nombreux effets spéciaux gérés par les cartes graphiques 3D dans son interface "Aero".

La carte son

Il s’agit d’une puce spécialement dédiée au traitement du son. Sans elle, aucun son ne peut sortir de l’ordinateur. Dans un ordinateur portable, elle est, dans l’écrasante majorité des cas, directement intégrée au southbridge. On désigne ce type de puce sous le terme de « carte son intégrée ».

Loin des standards de qualité établis par les fabricants spécialistes en la matière, les cartes son intégrées proposent souvent moins de fonctions avancées (telles que le décodage matériel des pistes sonores Dolby Digital 5.1 ou DTS, pour ne citer que les plus courants). Les effets sonores tridimensionnels dans les jeux ne sont pas non plus gérés, ce qui est normal étant donné la vocation nomade d’un ordinateur portable. Il est impossible avec les contraintes liées à la taille et à la mobilité de proposer un système de son spatial. Cependant, certains southbridges d’ordinateurs portables avancés proposent l’option son 3D : mais il faudra de toute façon brancher un système d’enceintes externes pour bénéficier de la spatialisation du son.

Intégrée ou non, la carte son est, à l’heure actuelle, toujours gérée par le southbridge. Les données concernant le son prennent typiquement le même chemin que les données concernant l’image (disque dur -> southbridge -> northbridge -> mémoire vive (RAM) -> northbridge -> processeur-> northbridge), à ceci près qu’au lieu d’être transmises directement par le northbridge à la carte son, elles passent d’abord par le southbridge. Si le chemin à parcourir par les données sonores est plus long que pour les données vidéo, cela ne constitue pas réellement un problème dans la mesure où le flux d’informations est moins « gros ».

À charge ensuite à la carte son de transmettre le signal, soit à des enceintes intégrées à l’ordinateur portable, soit à une sortie audio menant à un périphérique tel que des enceintes externes ou une chaîne stéréo. Là encore, plus de détails sont donnés sur le fonctionnement d’une carte son dans notre guide dédié.

La connectique d’un ordinateur portable

En savoir plus

Retrouvez également les guides annexes aux ordinateurs portables :

• Guide sur la connectique informatique

• Guide sur les cartes graphiques

• Guide sur les cartes son

• Guide sur les disques durs

• Guide sur la mémoire vive

• Guide sur les micro-processeurs

• Guide sur les écrans

• Guide sur les graveurs DVD

• Guide sur les lecteurs DVD

• Guide sur les piles et les batteries