Microprocesseur

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Un microprocesseur est un processeur dont tous les composants ont été suffisamment miniaturisés pour être regroupés dans un unique boitier. Fonctionnellement, le processeur est la partie d’un ordinateur qui exécute les instructions et traite les données des programmes.

Un Intel 4004 dans son boîtier à 16 broches, premier microprocesseur commercialisé.
Architecture de l'Intel 4004
L'intérieur d'un Intel 80486DX2.

Description

Jusqu’au début des années 1970, les différents composants électroniques formant un processeur ne pouvaient pas tenir sur un seul circuit intégré, ce qui nécessitait d'interconnecter de nombreux composants dont plusieurs circuits intégrés. En 1971, la société américaine Intel réussit, pour la première fois, à placer tous les composants qui constituent un processeur sur un seul circuit intégré donnant ainsi naissance au microprocesseur [1].

Cette miniaturisation a permis :

  • d'augmenter les vitesses [2] de fonctionnement des processeurs, grâce à la réduction des distances entre les composants ;
  • de réduire les coûts, grâce au remplacement de plusieurs circuits par un seul ;
  • d'augmenter la fiabilité : en supprimant les connexions entre les composants du processeur, on supprime l'un des principaux vecteurs de panne ;
  • de créer des ordinateurs bien plus petits : les micro-ordinateurs ;
  • de réduire la consommation énergétique [3].

Les principales caractéristiques d'un microprocesseur sont :

  • Le jeu d'instructions qu’il peut exécuter. Voici quelques exemples d’instructions que peut exécuter un microprocesseur : additionner deux nombres, comparer deux nombres pour déterminer s’ils sont égaux, comparer deux nombres pour déterminer lequel est le plus grand, multiplier deux nombres... Un processeur peut exécuter plusieurs dizaines, voire centaines ou milliers, d’instructions différentes.
  • La complexité de son architecture. Cette complexité se mesure par le nombre de transistors contenus dans le microprocesseur. Plus le microprocesseur contient de transistors, plus il pourra effectuer des opérations complexes, et/ou traiter des nombres de grande taille.
  • Le nombre de bits que le processeur peut traiter ensemble. Les premiers microprocesseurs ne pouvaient traiter plus de 4 bits d'un coup. Ils devaient donc exécuter plusieurs instructions pour additionner des nombres de 32 ou 64 bits.
  • Les microprocesseurs actuels (en 2007) peuvent traiter des nombres sur 64 bits. Le nombre de bits des bus, de la mémoire et du processeur est en rapport direct avec la capacité à traiter de grands nombres rapidement, ou des nombres d'une grande précision (nombres de décimales significatives).
  • La vitesse de l’horloge. Le rôle de l’horloge est de cadencer le rythme du travail du microprocesseur. Plus la vitesse de l’horloge augmente, plus le microprocesseur effectue d'instructions en une seconde.

Tout ceci est théorique, dans la pratique, selon l'architecture du processeur, le nombre de cycles d'horloge pour réaliser une opération élémentaire peut varier d'un cycle à plusieurs dizaines par unité d'exécution (typiquement une sur un processeur classique).

Par exemple, un processeur A cadencé à 400 MHz peut exécuter certaines instructions plus rapidement qu'un autre B cadencé à 1 GHz, tout dépend de leurs architectures respectives.

La combinaison des caractéristiques précédentes détermine la puissance du microprocesseur qui s’exprime en « millions d'instructions par seconde » (MIPS). Dans les années 1970, les microprocesseurs effectuaient moins d’un million d’instructions par seconde, mais en 2007, les processeurs pouvaient effectuer plus de 10 milliards d’instructions par seconde.

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