La carte mère est un matériel informatique (composé de circuits imprimés et de ports de connexion) servant à interconnecter tous les composants d’un micro-ordinateur.

Description

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L'élément constitutif principal de l'ordinateur est la carte mère (en anglais « mainboard » ou « motherboard », parfois abrégé en « mobo »). La carte mère est le socle permettant la connexion de l'ensemble des éléments essentiels de l'ordinateur. En électronique ce type de carte se nomme la carte « fond de panier » car elle se charge d’interconnecter toutes les autres cartes et périphériques. Encore aujourd’hui elle se fixe au fond du boîtier. Au cours de son évolution, la carte mère a intégré certaines fonctions et en a perdu d’autres ; La mémoire cache du processeur fut intégré à celui-ci par contre les cartes contrôleuses de disques durs, la carte son, la carte USB ou la carte réseau et même parfois la carte graphique font maintenant partie intégrante du chipset, mais des puces peuvent venir s'ajouter pour offrir de nouvelle fonctionnalités (comme l'USB 3.0 ou le S-ATA 2.0 pour le chipset AMD 870, qui ne les gère pas nativement). On peut donc dire que toutes les cartes mères du marché sont différentes par les options qu’elles proposent. Pour interconnecter toutes ces fonctions la carte mère utilise des circuits spéciaux appelés Chipset, composés du northbridge, pour les pérphériques "rapides" (processeur, PCI-express, etc) et du southbridge pour les périphériques "lents" (PCI, disques durs et SSD, etc, etc...). Ces derniers ont pour rôles de faire dialoguer le processeur, la RAM, les disques durs et tous les périphériques ensemble. Certains de ces périphériques demandent à être configurés, pour cela la carte mère dispose d’un BIOS (Basic Input/Output System), un programme de démarrage qui permet de tester le matériel et le périphérique présent et de leur appliquer des paramètres de configuration. Le BIOS cherche enfin le BOOT du disque dur et lance le système d’exploitation ; on dit que le PC démarre (boot en anglais). Si pour une raison quelconque un périphérique, la RAM, ou une carte d’extension est défectueuse ou ne s’initialise pas, la carte mère émet un certain nombre de Beep pour indiquer le dysfonctionnement, en fonction du modèle du BIOS (certaines cartes mères ASUS parlent…).

Les éléments

Diagramme d’une carte mère typique dans les années 2000

Voici les éléments qu'on peut trouver sur une carte mère, certains n'étant plus présents sur les cartes mères vendues en 2009.

• Un ou plusieurs connecteurs d’alimentation électrique : Par ces connecteurs une alimentation électrique fournit à la carte mère les diverses tensions électriques nécessaires à son fonctionnement ;
• Le support du micro-processeur (souvent appelé socket) : il s’agit d’un réceptacle qui reçoit le micro-processeur et le relie au reste du micro-ordinateur ;
• Les connecteurs de la mémoire vive (memory slot en anglais) au nombre de 2, 3, 4 ou 6 sur les cartes mères communes ;
• Le chipset : Un ou plusieurs circuit électronique, qui gère les transferts de données entre les différentes composantes de l’ordinateur (micro-processeur, mémoire vive, disque dur, etc.) ;
• Une horloge : elle cadence la vitesse d’exécution des instructions du microprocesseur et des périphériques internes ;
• Le CMOS : Une petite mémoire conservant certaines informations importantes (comme la configuration de l’ordinateur, la date et l’heure) même lorsque l’ordinateur n’est pas alimenté en électricité ;
• La pile ou batterie d’accumulateurs du CMOS : Elle fournit l’électricité nécessaire au fonctionnement du circuit ;
• Le BIOS : Un programme enregistré dans une mémoire morte (ROM). Ce programme, spécifique à la carte, gère l’interface de bas niveau entre le micro-processeur et certains périphériques. Il récupère, puis fait exécuter, les instructions du master boot record enregistrées dans une mémoire de masse (disque dur), lors du démarrage du micro-ordinateur ;
• Le bus système (aussi appelé bus interne ou Front Side Bus (FSB) en anglais) : Il relie le micro-processeur au chipset ;
• Le bus mémoire relie le chipset à la mémoire vive ;
• Le bus d’extension (aussi appelé bus d’entrées/sorties) : Il relie le micro-processeur aux connecteurs d’entrée/sortie et aux connecteurs d’extension ;
• Les connecteurs d’entrée/sortie qui respectent le plus souvent la norme PC 99 : ces connecteurs incluent :
  • Les ports USB (Universal Serial Bus) par exemple pour la connexion de périphériques récents (Les ports séries pour la connexion de vieux périphériques, et les ports parallèles pour la connexion de vieilles imprimantes, ayant quasiment disparus en 2010) ;
  • Les connecteurs RJ45 pour la connexion à un réseau informatique ;
  • Les connecteurs video analogique VGA et numérique DVI, pour la connexion d’un moniteur d’ordinateur ;
  • Les connecteurs audio analogiques (jack 3.5 mm) et audio numériques (SPDIF), pour la connexion d’appareils audio comme des haut-parleurs ou un microphone, identifiés par un code couleur ;
  • Les connecteurs audio/video HDMI ou DisplayPort pour la connexion avec un téléviseur HD, supportant la protection des contenus numériques haute définition (HDCP) ;
  • Les connecteurs Parallel ATA ou Serial ATA I (1,5 Gb/s) ou II (3 Gb/s), voire III (6 Gb/s) pour la connexion de périphériques de stockage comme les disques durs, SSD et disques optiques, et e-Sata (en connectique externe) pour la connexion de périphériques de stockage externe à haut débit ;
  • Les connecteurs firewire IEEE 1394 ;
• Les connecteurs d’extension : ce sont des réceptacles pouvant accueillir des cartes d’extension (ces cartes sont utilisées pour ajouter des fonctionnalités ou augmenter la performance d’un micro-ordinateur, par exemple une carte graphique peut être ajoutée à un ordinateur pour améliorer les performances de l’affichage 3D sur le moniteur). Ces ports peuvent être des ports ISA (vieille interface), PCI (Peripheral Component Interconnect), AGP ou, plus récent, le PCI Express, qui existe sous forme de PCI-e x1, x4, x8, et x16, ce port étant souvent occupé par une carte graphique.

Avec l’évolution des ordinateurs, de plus en plus de fonctionnalités ont été intégrées à la carte mère, comme des circuits électroniques permettant la gestion de la vidéo (IGP pour Integrated Graphic Processor), du son ou des réseaux (10/100 Mbps/1 Gbps), évitant ainsi l’adjonction de cartes d’extension.

Les fabricants

Plusieurs constructeurs se partagent le marché des cartes mères tel que Abit, Albatron, Aopen, Asrock, ASUS, ATI, Biostar, Chaintech, DFI, Elite, Epox, EVGA, Foxconn, Gigabyte Technology, Intel, MSI, NVIDIA, QDI, Sapphire, Soltek, Super Micro, Tyan, Via, XFX.

Certains conçoivent et fabriquent une ou plusieurs composantes de la carte mère tandis que d’autres assemblent les éléments que des partenaires ont conçus et fabriqués.

Carte multi-processeurs

Une carte mère équipée de deux processeurs

C’est un type de carte mère capable d’accueillir plusieurs processeur (généralement 2, 4, 8 ou plus). Ces cartes mères multiprocesseurs disposant de plusieurs supports de micro-processeur (sockets), ce qui permet de leur enficher plusieurs micro-processeurs physiquement distincts (par opposition aux processeurs double cœur).

Lorsque deux processeurs sont présents sur une carte, il y a deux manières de les gérer :

• La manière asymétrique, où chaque processeur se voit attribuer une tâche différente. Cette méthode n’accélère pas les traitements, mais permet de confier une tâche à un processeur pendant que l’autre est occupé à une tâche différente.
• La manière symétrique, dite SMP (Symmetric MultiProcessing) où chaque tâche est répartie symétriquement entre les deux processeurs.

Le système d’exploitation Linux fut le premier à gérer les architectures bi-processeur sur x86. Toutefois, la gestion de plusieurs processeurs existait bien avant sur d’autres plates-formes et d’autres systèmes d’exploitation.

Le système Linux 2.6.x gère parfaitement les multiprocesseurs symétriques, ainsi que les architectures à mémoire non-uniformément répartie (NUMA).

Certains fabricants de cartes mères fabriquent des cartes mères pouvant accueillir jusqu'à 8 processeurs (en l’occurrence sur socket 939 pour AMD Opteron et sur socket 604 pour Intel Xeon).

Les facteurs de formes

Au fil des années, plusieurs normes se sont imposées :

• 1984 AT : 305 × 305 mm (IBM)
  • Baby AT  : 216 × 330 mm

• 1995 ATX : 305 × 244 mm (Intel)
  • MicroATX : 244 × 244 mm
  • FlexATX  : 229 × 191 mm
  • MiniATX  : 284 × 208 mm

• 2001 ITX : 215 × 195 mm (VIA)
  • MiniITX  : 170 × 170 mm
  • NanoITX  : 120 × 120 mm
  • PicoITX  : 100 × 72 mm

• 2005 BTX : 325 × 267 mm (Intel)
  • MicroBTX : 264 × 267 mm
  • PicoBTX  : 203 × 267 mm

• 2007 DTX : 248 × 203 mm (AMD)
  • mini-DTX : 170 × 203 mm

• 2009 ITX
  • mini-ITX : 170 × 170 mm

Évolutivité

Jusqu'au milieu des années 1990, les PC étaient équipés d'une carte mère sur laquelle le microprocesseur (CPU) était inséré dans un support dont il est était très difficile de l'enlever. Puis vinrent les cartes mères équipées d'un support du micro-processeur (socket) "libre" ou ZIF (Zero Insertion Force), permettant d'accueillir le microprocesseur de son choix (selon ses besoins et son budget). Grâce à ce système (qui s'est vite généralisé et n'a plus été remis en question), il devient donc en théorie possible d'équiper son ordinateur d'un CPU plus puissant sans changer de carte mère, donc à moindre coût.

Dans les faits, cette évolutivité a ses limites car les microprocesseurs étant de plus en plus performants, ils nécessitent immanquablement des cartes mères elles-mêmes plus performantes (capables par exemple de traiter des flux de données de plus en plus importants).