L'informatique (suite)

Chipset

Chipset Nvidia

Un chipset (de l'anglais, signifiant littéralement jeu de puces) est un jeu de composants électroniques intégré dans un circuit intégré préprogrammé permettant de gérer les flux de données numériques entre le ou les processeur(s), la mémoire et les périphériques. On e trouve dans des appareils électroniques de type micro-ordinateur, console de jeux vidéo, téléphone mobile, appareil photographique numérique, GPS, etc...

Dans le cadre des micro-ordinateurs, on peut voir le chipset comme une sous-partie de la carte mère regroupant plusieurs composants importants (par exemple un substitut de carte graphique), qui serait préfabriquée, standardisée et prête au montage, fournie au fabricant de la carte mère par un constructeur tiers.

Caractéristiques techniques

Schéma de principe du Chipset 875 Intel

Un chipset pour micro-ordinateur se trouve sur la carte mère. Il est spécifiquement conçu pour un type de microprocesseur et joue un rôle important dans la souplesse des échanges d'une même carte. Les performances globales de l'ordinateur dépendent donc en grande partie des chipsets et de celle du microprocesseur.

Son rôle est de gérer des flux de données numériques entre le microprocesseur et les divers composants et sous ensembles de composants de la carte mère, bus informatique, mémoire vive (RAM), accès direct à la mémoire (DMA), Bus IDE ou Serial ATA, PCI, AGP, disque dur, réseau informatique, port série, port parallèle, USB, FireWire, clavier, souris, Entrées-Sorties, carte graphique, carte son, Hyper-Threading, Front side bus, lecteur de disquette et les entrées-sorties en général, etc...

Il est souvent décomposé en 2 puces: le Northbridge ou SPP et le Southbridge ou MCP.Le fabricant du chipset peut être différent du fabricant de la carte mère ou de clui du microprocesseur mais doit être compatible.

Les capacités maximales d'évolution d'un compatible PC sont souvent directement liées aux chipsets qu'il contient (résolution graphique maximale, nombre de couleurs maximal, taille mémoire maximale, taille disque dur maximale, type de barrette mémoire RAM gérée maximale, vitesse maximale des bus, etc...).

Ce terme a aussi été utilisé dans les années 1980 et années 1990 pour désigner les puces audio et graphique dans les ordinateurs ou es consoles de jeux, avec par exemple le chipset d'origine de l'Amiga (Original Amiga chipset) ou celui du Sega System16. Certains chipsets graphiques actuels comme les nForce de NVIDIA intègrent des fonctionnalités leur permettant de remplacer totalement une carte graphique (chipset vidéo). La mémoire graphique du chipset vidéo étant généralement prise sur la mémoire vive de l'ordinateur, c'est pour cela que lorsqu'on installe par exemple 512Mio de mémoire vive, le système n'en détecte que 448Mio (64Mio étant dédié à la mémoire graphique). Néanmoins et ce, de plus en plus souvent, la mémoire vive est partagée et non plus dédiée.

Une carte mère de compatible PCx86 équipée de chipset

Carte graphique gérée par un ou plusieurs chipsets

Principaux fabricants de chipsets compatible pour PC dans le monde

.Intel

.AMD

.VIA Technologies (Cyrix)

.Silicon Integrated Systems

.nVIDIA

Serial ATA

La norme Serial ATA ou SATA (Serial Advanced Technology) Attachment), permet de connecter à une carte mère tout périphérique compatible avec cette norme (mémoire de masse, lecteur de DVD, etc). Elle spécifie notamment un format de transfert de données et un format de câble.

Cette norme succède à la norme Parallel ATA.

Présentation

Le Serial ATa a de multiples avantages par rapport à son prédécesseur, les trois principaux étant son débit, la gestion des câbles et le branchement à chaud (Hot-Plug). L'ancienne norme ATA est communément désignée sous le nom "Parallel ATA" (P-ATA) afin que les deux ne soient pas confondues.

Les premiers modèles de Serial ATA, apparus en 2003 permettent un débit théorique de 1,5Gbit/s, mais ont été conçues pour aller bien plus vite. Le Serial ATA II double son débit à 3 Gbit/s puis le SATA III à 6 Gbit/s est apparu en 2009.

Le débit théorique de 1,5Gbit/s correspond à 178,5Mo/s, en pratique, on ne dépasse pas les 150Mo/s, ce qui n'est que 17Mo/s de plus que le plus rapide des Parallel ATA: l'ATA/133. Néanmoins cela n'est pas le principal avantage du SATA par rapport au PATA, en effet:

.La PATA est susceptible de partager la même nappe des données avec un autre périphérique (le fameux maître-esclave), ce qui réduit potentiellement la bande passante de chacun de 50%,

.La "nappe interface" du SATA est beaucoup plus facile à utiliser, et à placer, que celle du PATA du fait de ses dimensions réduites.

.Les bus parallèles ont maintenant des difficultés pour augmenter leurs débits à cause d'un problème de synchronisation des lignes de données. Le Serial ATA utilise le nouveau LVDS pour la signalisation.

Avec les disques durs à plateaux tournants, l'augmentation du débit de l'interface est sans grand intérêt lorsqu'un seul disque est utilisé, puisque ceux-ci ne permettent pas en 2010 un débit crête supérieur à 150MO/s, d'autant plus que, contrairement au P-ATA où tous les disques branchés sur un seuil câble doivent partager la bande passante, en SATA chaque disque dispose du maximum autorisé par sa norme et celle du contrôleur. La norme SATA II permet l'utilisation de multiplicateurs de ports, qui permettent d'utiliser plusieurs disques à partir d'un seul connecteur du contrôleur.

Les normes SATA II (débit crête pratique ~300Mo/s) et SATA III (débit crête pratique ~600Mo/s) deviennent utiles pour des utilisations entre plusieurs SSD, dont les débits commencent à dépasser les 400-500Mo/s pour les modèles haut de gamme début 2012.

Révision #	Débit théorique Gbit/s	Débit théorique Mo/s	Débit pratique Mo/s
SATA I ou SATA 150	1,5	192	150
SATA II ou SATA 300	3	384	300
SATA III ou SATA 600	6	768	600

 

Câbles et connecteurs

Données

Photo du connecteur de données coude Serial ATA

N° de broche		Fonction
	1	Masse
	2	A+ (transmission)
	3	A-(transmission)
	4	Masse
	5	B-(réception)
	6	B+ (réception)
	7	Masse

  

Le plus grand changement par rapport au Parallel ATA se trouve dans l'aspect physique des câbles utilisés. Les données sont transmises par 2 paires différentielles (une paire pour la transmission et une pour la réception), protégées par 3 fils de masses. Ces sept conducteurs étant regroupés sur une nappe plate, peu flexible, avec des connecteurs de 8mm à chaque extrémité. Elle peut atteindre une longueur allant jusqu'à 1 mètre. Comparé au court (45cm) câble de 40 ou 80 fils du Parallel ATA, le flux d'air, et donc le refroidissement des équipements, est amélioré grâce à cette plus faible largeur de câble. Le concept de rapport maître/esclave entre les dispositifs a été abandonné. Le Serial ATA n'a qu'un périphérique par câble (connexion point à point). Les connecteurs ont des détrompeurs, il n'est donc pas possible de mettre des connecteurs de câble à l'envers, le seul défaut étant l'absence de "clips" sur certains câbles, ce qui peut provoquer un débranchement inopiné en cas de manipulation, ce qui est de toute manière fortement déconseillé. Les mêmes connecteurs physiques sont utilisés pour les disques durs de 3,5 et 2,5 pouces ainsi que les lecteurs et graveurs de CD/DVD.

Le Serial ATA utilise le codage 8b/10b pour effectuer des transferts, permettant de travailler sur des meilleures fréquences.

Alimentation

Un connecteur d'alimentation électrique SATA. Il est semblable à un connecteur de données, mais il est plus large (il possède 15 broches au lieu de 7). Noter qu'il manque ici le fil 3,3V (orange)

N°de broche		Fonction
	1	3,3V
	2
	3
	4	Masse
	5
	6
	7	5V
	8
	9
	10	Masse
	11	Activité
	12	Masse
	13	12V
	14
	15

 

Les disques durs natifs en Serial ATA exigent également un connecteur électrique d'alimentation différent, faisant partie de la norme. Le connecteur standard d'alimentation ressemble à celui des données, mais en plus large, ainsi il n'est pas possible de confondre les deux. Une alimentation de 3,3V est ajoutée par rapport au PATA, ce qui porte à un total de 15 broches pour assurer trois tensions d'alimentations si nécessaire: 3,3V, 5V et 12V.

Compatibilité

Pendant une période de transition, divers adaptateurs entre Parallel et Serial ATA sont prévus pour convertir l'un et l'autre. Pour exécuter la conversion du Serial vers le Parallel ATA ou vice versa, un pont (ou bridge) est utilisé. Il y a une pénalité de performance visible avec cet arrangement, et les tests du début 2003 ont montré une réduction de performance de l'ordre de 30-50%. Cette restriction disparaît quand les contrôleurs et les disques durs supportent le Serial ATA nativement.

Une norme similaire pour le SCSI, le Serial Attached SCSI (SAS), a été ratifiée à la fin de l'année 2003. Elle a un certain niveau de compatibilité avec le Serial ATA. Les premiers modèles de disques durs à la norme SAS sont sortis au troisième trimestre 2004. 

Un élément SATA I, II ou III peut être branché sur une carte mère SATA I, II ou III. Le débit obtenu sera alors celui de l'élément le plus lent. 

Ex: un disque dur SATA III sur une carte mère SATA II aura un débit limité par la carte mère à 300Mo/s.

Version 2.6 du Serial ATA

Le SATA-IO (Serial ATA International Organization) a énoncé (début 2007) les spécifications 2.6:

.Câble et connecteur internes minces afin d'utiliser les unités optiques SATA dans les unités centrales plus compactes

.Connecteur micro SATA pour les disques 1,8 pouces pour faciliter l'intégration de ces disques dans les UMPC.

.Mini câble/connecteur SATA interne et externe "multilane" (possibilité de coupler plusieurs canaux SATA) afin d'améliorer la bande passante avec les périphériques et de proposer des connecteurs plus petits.

.Optimisations NCQ afin d'offrir une meilleure gestion des données prioritaires

.Optimisations NCQ Unload autorise l'utilisation de technologie pour protéger les disques sur les PC portables en cas de chute accidentelle.

Révision III du Serial ATA

La dernière évolution du Serial-ATA développée par l'organisation SATA-IO s'appelle SATA 6Gbit/s et les débits maximum en pratique ont doublé et sont passés à 600Mo/s. En effet, l'arrivée sur le marché des SSD à contrôleurs SandForce SF-1200 et SF-1500 (atteignant les 250/300Mo/s) saturent le SATA II, et l'annonce des nouveaux contrôleurs SandForce SF-20xx prévus pour le 2ème trimestre 2011 (ils atteignent 500Mo/s) rendent cette évolution obligatoire. La nouvelle norme utilise les mêmes câbles et est totalement compatible avec les périphériques et connecteurs plus anciens.

Pour être compatibles avec le SATA III, les cartes mères nécessiteront un southbridge intégrant cette nouvelle version, ou avec l'intégration d'une puce Marvell, comme pour le chipset P55. Le premier southbridge annoncé est le RD890 d'AMD.La première démonstration publique, organisée par AMD et Seagate a permis d'atteindre des débits de 589 Mo/s.

En 2012, une part croissante des SSD saturent le débit maximal offert que ce soit en lecture ou en écriture. En raison de la démocratisation des SSD, équipant au moins les PC moyenne gamme en disque système, la norme SATA III tend à devenir obsolète, à peine généralisée. Ainsi, le PCI Express semble être le successeur du SATA, au moins pour les SSD.

eSATA

Port eSATA+USB

eSATA (external SATA) est une adaptation du protocole SATA au branchement de périphériques externes. Ses principales caractéristiques sont:

.Tension d'émission supérieure à la norme SATA (500-600mV au lieu de 400-600mV),

.Tension de réception inférieure à la norme SATA (240-600mV au lieu de 325-600mV),

.Protocole identique, afin de pouvoir utiliser les mêmes équipements,

.Longueur de câble maximum supérieure à la norme SATA (2m au lieu de 1m),

Plusieurs constructeurs, par exemple Hewlett-Packard, proposent des prises combo où le port eSATA partage, pour des raisons de place, la prise d'une USB2. L'USB (plus commode car comprenant ses propres lignes d'alimentation) concurrence depuis sa version 3 l'eSATA en matière de performances et de commodité (lignes d'alimentation incluses et non séparées).

mSATA

mSATA (mini SATA) est une adaptation du protocole SATA destinée aux Netbooks et PC portables, mais aussi appareils utilisant des petits disques durs ou SSD. Le connecteur mini-SATA est plus petit que le SATA mais offre les mêmes performances que ce dernier. Le mini-SATA ressemble fort à une carte mini PCI-Express, il supporte pour les derniers en date (2013) la norme SATA III à 6 Gb/s.