Les processeurs

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Le processeur est indubitablement l’élément central de l’ordinateur. Ce, étant donné que sans lui, l’on ne pourra aucunement prétendre faire exécuter des tâches par la machine. C’est ainsi que l’on prendra soin de bien le choisir, de manière à pouvoir optimiser la performance de l’ordinateur. Préalablement à cela, on prendra soin de bien le connaître ainsi que son environnement.

Le processeur

Le processeur porte d’autres dénominations : en anglais, on l’appelle Central Processing Unit, dont l’équivalent français est « unité centrale de traitement ». Il a pour principale vocation l’interprétation des instructions et le traitement des données d’un programme.

La vitesse de traitement d’un processeur peut encore être exprimée en MIPS (million d’instruction par seconde) ou en Mégaflops (millions de floating-point operations per second) pour la partie virgule flottante. Actuellement, pourtant, la fabrication des processeurs se fonde sur plusieurs techniques de parallélisation des traitements. Ces dernières ne rendent plus possible l’unique définition de leurs performances. C’est ainsi que des programmes spécifiques, destinés à évaluer les performances (benchmarks) ont été conçus dans le dessein d’obtenir des comparatifs des temps que le processeur met pour l’exécution d’un programme réel.

Avant l’avancée technologique de ces dernières années, les processeurs étaient spécifiquement mis au point pour un ordinateur d’un type donné. Il en découlait une méthode onéreuse qui a incité a développer la production de masse de processeurs adaptés à un ou plusieurs usages. Cette standardisation débuta d’abord dans le domaine des ordinateurs centraux pour connaître, par la suite, une grande avancée avec la progression des circuits intégrés. Ces derniers ont rendu possible la miniaturisation des processeurs d’une dimension réduite à l’ordre de grandeur du millimètre.

La standardisation et la miniaturisation des processeurs ont eu pour conséquence de conduire à leur diffusion dans la vie moderne. C’est ainsi que l’on retrouve les microprocesseurs aussi bien dans l’automobile que les téléphones portables.

Fonctions du processeur

Le processeur est apte à apporter aux ordinateurs la capacité de pouvoir être programmés. D’où son caractère essentiel, voire sine qua non, pour le fonctionnement de tous les types d’ordinateurs que l’on associe aux mémoires primaires ainsi qu’au dispositif d’entrée/sortie.

Lorsqu’un processeur est conçu en un seul circuit intégré, il porte la dénomination de microprocesseur tandis qu’à l’inverse, certains constructeurs ont fabriqué des processeurs en tranches. Dans ce cas de figure, c’est dans plusieurs circuits intégrés que sont réparties les fonctions élémentaires (ALU, FPU, séquenceur, etc.).

Les éléments composant un processeur

Le processeur est composé de plusieurs parties dont l’essentiel est :

L’unité arithmétique et logique a pour vocation de prendre en charge les calculs arithmétique élémentaires ainsi que les tests.

L’unité de contrôle assume une tâche qui consiste à contrôler.

Les registres peuvent être assimilés à des mémoires de petites tailles (n’excédant pas quelques octets). Ils s’avèrent toutefois assez rapides pour pouvoir offrir à l’UAL l’opportunité de manipuler leur contenu à chaque cycle de l’horloge.

D’une manière générale, la plupart des processeurs se rallient sur un certain nombre de registres. Tel est le cas pour le compteur de programme qui contient l’adresse mémoire de l’instruction qui se trouve en cours d’exécution, l’accumulateur dont on fait usage pour procéder au stockage des données en cours de traitement par l’UAL, le registre d’adresse dont le contenu consiste en l’adresse de la prochaine information à lire par l’UAL, ou la suite de l’instruction en cours ou encore la prochaine instruction, le registre d’instructions qui fidèle à sa dénomination contient les instructions en cours de traitement, le registre d’état dont la principale vocation est de servir de stockage du contexte du processeur, les pointeurs de pile et les registres généraux, conçus pour les calculs.

Le séquenceur. Il offre la possibilité de procéder à la synchronisation des différents éléments du processeur. Sa mission consiste, en particulier, à initialiser les registres lors du démarrage de la machine. Parallèlement, il gère les interruptions.

L’horloge. Elle a pour but de synchroniser toutes les actions de l’unité centrale. D’où sa présence dans les processeurs synchrones et son absence dans les processeurs asynchrones ainsi que les processeurs autosynchrones.

L’unité d’entrée-sortie. Sa mission consiste à la prise en charge de la communication avec la mémoire de l’ordinateur ou la transmission des ordres destinés à piloter les processeurs spécialisés. Ces derniers rendant possible l’accès aux périphériques de l’ordinateur.

Caractéristiques d’un processeur

D’une manière générale, on peut définir le processeur à partir de certains points : la largeur de ses registres internes de manipulation de données (8, 16, 32, 64, 128) bits , la cadence de son horloge exprimée en MHz (mega hertz) ou GHz (giga hertz), le nombre de noyaux de calcul (core), son jeu d’instructions ( ISA en anglais, Instructions Set Architecture ) dépendant de la famille (CISC, RISC, etc), sa finesse de gravure exprimée en nm (nanomètres) et sa microarchitecture .

On signalera toutefois que les éléments qui caractérisent le processeur de manière essentielle est la famille à laquelle il appartient. C’est ainsi que l’on peut retrouver : le CISC ou Complex Instruction Set computer qui offre un choix d’instructions aussi proches que possible d’un langage de haut niveau, le RISC ou Reduced Instruction Set Computer se caractérisant par la recherche d’une exécution très rapide, le VLIW ou very long Instruction Word, le DSP ou Digital Signal Processor. Dans ce cadre, on notera que cette dernière famille est spécifique. Ce, étant donné que dans le dessein d’optimiser les résultats, les DSP ont été mis au point. Ce sont des processeurs spécialement conçus pour les calculs relatifs au traitement de signaux.