Comment fonctionne un ordinateur et qu'y a-t-il à l'intérieur ?

Les ordinateurs sont passés de simples appareils à un incontournable du 21e siècle en quelques décennies seulement. Mais bien qu'il s'agisse d'une technologie relativement nouvelle, la plupart des gens n'ont aucune idée de la façon dont un simple rectangle, assez petit pour tenir votre sac à dos - est capable de tout, des mathématiques complexes à la lecture vidéo, audio et à l'exécution sophistiquée Logiciel.

Alors, comment fonctionne un ordinateur et de quels composants avez-vous besoin pour en fabriquer un ?

Qu'est-ce qu'un ordinateur?

Un ordinateur est un appareil électronique programmable capable de traiter des informations. Composés de matériel et de logiciels, les ordinateurs fonctionnent à deux niveaux: ils reçoivent des données via une route d'entrée, soit en direct, soit via une unité de stockage numérique, et envoient une sortie.

Les ordinateurs modernes ne doivent pas être confondus avec le métier obsolète des ordinateurs au 19ème siècle. Alors qu'ils effectuent tous deux des calculs mathématiques longs et fastidieux et le traitement de l'information, l'un est une personne et l'autre est une machine.

Comment fonctionne un ordinateur ?

Un ordinateur traite l'entrée pour produire la sortie souhaitée, mais comment une machine surpasse-t-elle le cerveau humain ?

Les ordinateurs conventionnels n'essayent pas d'imiter le cerveau humain. Au lieu de cela, ils exécutent les commandes de manière séquentielle, les données se déplaçant constamment de l'entrée et de la mémoire vers le processeur de l'appareil. Les ordinateurs neuromorphiques, quant à eux, traitent les données en même temps, ce qui les rend plus rapides, économes en énergie et plus proches de la structure du cerveau humain.

Globalement, un ordinateur fonctionne en quatre étapes :

1. Saisir: L'entrée correspond aux données avant traitement. Il provient de la souris, du clavier, du microphone et d'autres capteurs externes.
2. Espace de rangement: Le stockage est la façon dont l'ordinateur conserve les données d'entrée. Le disque dur est utilisé pour le stockage de données à long terme et de masse tandis que l'ensemble de données pour un traitement immédiat est stocké temporairement dans la mémoire vive (RAM).
3. Traitement: Le traitement est l'endroit où l'entrée est transformée en sortie. L'unité centrale de traitement (CPU) de l'ordinateur est son cerveau. Il est responsable de l'exécution des instructions et des opérations mathématiques sur les données d'entrée.
4. Sortir: La sortie est le résultat final du traitement des données. Il peut s'agir d'images, de vidéos ou de contenus audio, même les mots que vous tapez à l'aide d'un clavier. Vous pouvez également recevoir la sortie via une imprimante ou un projecteur au lieu de directement via votre appareil.

Les composants matériels d'un ordinateur

Plus la tâche qu'un ordinateur doit effectuer est simple, plus il est facile à construire. C'est pourquoi ordinateurs plus anciens sont simplistes par rapport à leurs homologues modernes, avec des capacités limitées.

Les composants matériels sont tout ce que vous pouvez physiquement toucher et voir dans un ordinateur, y compris tous les périphériques d'entrée et de sortie des claviers, micros et souris aux écrans et haut-parleurs.

Le matériel comprend également les éléments de traitement physique tels que le stockage, le processeur, la carte graphique, la carte son, la RAM et la carte mère, qui jouent tous un rôle important dans les ordinateurs contemporains.

Carte mère

La carte mère est le principal centre de communication entre les composants matériels de l'ordinateur. C'est le circuit principal où tout doit se connecter physiquement, à l'exception de ceux qui dépendent du Bluetooth ou du Wi-Fi. Sans carte mère, il est impossible d'avoir un ordinateur moderne fonctionnel.

CPU

Si la carte mère est le hub de communication, alors le CPU est le directeur des communications. Il reçoit et interprète l'entrée et les instructions et envoie des signaux à d'autres composants pour savoir exactement quoi faire avec les données pour la sortie souhaitée. Plus un processeur a de cœurs, plus il peut effectuer d'opérations en même temps.

RAM

La RAM est l'assistant principal du CPU. Au lieu d'avoir à chercher des données dans une unité de stockage considérablement grande, la RAM stocke les données utilisées par le système d'exploitation, tout logiciel en cours d'exécution et les entrées entrantes. Plus la capacité de la RAM est grande, plus elle peut exécuter des logiciels lourds sans ralentir l'appareil.

Disque dur/SSD

HDD signifie Disque dur. C'est le composant qui stocke en permanence vos médias et applications, y compris le système d'exploitation (OS). Leur taille et leurs performances varient de quelques centaines de gigaoctets (Go) à plusieurs téraoctets (To).

Vous pouvez également rencontrer des disques SSD (Solid State Drives), qui sont un autre type de matériel de stockage. Les SSD et les disques durs sont utiles pour différentes choses, et de nombreux utilisateurs combinent des disques pour maximiser les performances.

Processeur graphique

L'unité de traitement graphique (GPU) est dédiée au traitement des images visuelles sur votre ordinateur. Des GPU puissants sont essentiels pour restituer des images et des graphiques de haute qualité ou pour jouer à des jeux vidéo. Le traitement graphique peut être soit ses propres composants, soit être intégré à la CPU.

Carte son

Cartes son sont responsables du traitement des données auditives et de leur transmission à vos locuteurs. De même, la carte son peut être soit sa pièce séparée, soit intégrée au CPU.

Les composants logiciels d'un ordinateur

Les ordinateurs modernes utilisent une combinaison de composants matériels et logiciels qui fonctionnent ensemble pour traiter des entrées et des sorties complexes.

Un logiciel est un ensemble d'instructions pré-écrites qui indiquent à votre ordinateur ce qu'il doit faire. Il s'agit d'un programme numérique, et non d'un composant physique visible lors de l'ouverture du capot d'un ordinateur ou d'un ordinateur portable.

Et, comme votre matériel informatique, différents types de logiciels remplissent des rôles différents dans le fonctionnement de votre ordinateur.

Micrologiciel

Le micrologiciel est l'endroit où la frontière entre le matériel et le logiciel devient floue. C'est un logiciel qui est physiquement gravé dans un morceau de matériel.

Le firmware est la première chose qui démarre votre ordinateur lorsque vous l'allumez, un programme simple qui demande à votre ordinateur de lancer le système d'exploitation. Sans cela, votre ordinateur ne lancera pas votre système d'exploitation ou d'autres composants, et vous serez bloqué avec du matériel avec lequel vous ne pourrez pas communiquer.

Système d'exploitation (SE)

Un système d'exploitation est un logiciel qui gère les ressources matérielles et logicielles de votre ordinateur. De même, sans système d'exploitation, vous ne pouvez pas communiquer avec votre ordinateur, même en utilisant vos périphériques d'entrée.

L'avenir des ordinateurs

Les ordinateurs qui suivent le modèle de traitement séquentiel deviendront seulement moins chers, plus petits, plus rapides et plus efficaces. Cependant, la conception et l'architecture informatiques conventionnelles atteignent leurs limites. Au lieu de cela, vous pouvez vous attendre à une augmentation de l'architecture informatique moderne qui ne dépend pas d'abord de la technologie conçu il y a plus de 50 ans, de la perspective des ordinateurs neuromorphiques aux ordinateurs quantiques plus accessibles des ordinateurs.

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