Qu'est-ce qu'un processeur ?

Un processeur, dans un ordinateur est le composant principal. C'est lui qui va effectuer les opérations (additions, mise mémoire, opérations logiques et autres...). Il est souvent appelé CPU, de l'anglais Central Processing Unit. Il est connecté à la carte mère grâce à un socket (support). Le processeur actif peut chauffer à des températures atteignant les 100°C. C'est pour cela qu'il est accompagné d'un système de refroidissement comme les ventirads ou même les watercoolings (refroidissement liquide).

Premier processeur

Le premier microprocesseur commercialisé, le 15 novembre 1971, est l'Intel 4004 4 bits, suivi par l'Intel 8008 à 8 bits et qui servit initialement à fabriquer des contrôleurs graphiques en mode texte. Jugé trop lent par le client qui en avait demandé la conception, il devint un processeur d'usage général.

La vitesse d'un processeur

On mesure la vitesse d'un processeur par la fréquence de son horloge qui s'exprime en Hertz. Ce qui correspond au nombre d'opérations élémentaires effectuées par seconde. 1Hz est égal à une opération. Aujourd'hui la fréquence des processeurs tourne autour des 3.5Ghz et 4GHz.

Les processeurs multicoeurs

Aujourd'hui, les processeurs sont devenus multicoeurs, c'est à dire l'idée d'avoir plusieurs processeurs en un seul, commes les processeurs dualcore, quadcore et octocore

Les mémoires volatiles d'un processeur

Tous les processeurs disposent de deux mémoires volatiles: le registre et la mémoire cache.

• Le registre est intégré au processeur permettant un accès très rapide. Toutefois son prix important limite sa capacité. Elle est utilisée pour retenir par exemple les retenues d’une addition, les résultats d’une comparaison ou la liste des adresses mémoires nécessaires.
• Les mémoires caches sont également rapides mais chères (il en existe deux : L1 et L2). Elles peuvent être intégrées ou non au processeur. Leur but est de sauvegarder des morceaux de fichiers utilisés : elles servent de cache entre le processeur et la mémoire vive.

Du point de vue matériel, son idée est de séparer l'unité de contrôle(CU) chargée de gérer les instructions et l'unité arithmétique et logique (UAL ou ALU) chargée de les exécuter.

• l’ALU est un circuit électronique qui effectue à la fois des opérations arithmétiques et des opérations sur les bits de nombres entiers en binaire;
• le CU se charge de récupérer en mémoire la prochaine instruction à exécuter, les données sur lesquelles elle doit doit opérer et les envoie à l’ALU.

Du point de vue philosophique, la révolution de cette architecture est qu’elle considère les instructions comme de simples données pouvant être stockées dans la même mémoire.

Cette conception s’oppose notamment aux architectures dîtes de Harvard qui ont une mémoire pour les données et une pour les intrusctions, permettant au processeur d’accéder aux deux en même temps (on retrouve cette architecture sur certains microcontrôleurs). L’architecture de Von Neumann est toutefois la plus utilisée et n’a guère connu que deux grandes évolutions en plus de 70 ans :

• Depuis les années 1960, les entrées-sorties ne sont plus gérées par le processeur mais par des bus distincts;
• Le nombre de processeurs s’est multiplié dans nos ordinateurs et certains sont même multicoeurs, faisant aujourd’hui de la mémoire l’élément central partagé de l’architecture.

L'unité de contrôle

Cette unité est essentiellement composée de trois sous-composants :

1. Le registre d’instructions, dénommé IR (Instruction register) qui contient l’instruction courante à décoder et à exécuter;
2. Un second registre, le pointeur d’instruction, dénommé IP (Intruction Pointer) qui indique l’emplacement mémoire de la prochaine instruction à exécuter;
3. Le troisième sous-composant est appelé micro-programme et contrôle les mouvements de données vers l’ALU.

L'unité arithmétique et logique

Cette unité est composée de plusieurs registres, dits registres de données et d’un registre spécial appelé accumulateur dans lequel vont s’effectuer tous les calculs. A ces registres s’ajoutent des circuits électroniques pourréaliser des opérations arithmétiques (additions, soustractions, ...), des opérations logiques (et, ou, ...), des comparaisons (égalité, inférieur, supérieur, ...), des opérations sur les bits (décalage, ...) ou des opérations de déplacement (copie de ou vers la mémoire).