Qu’est-ce qu’un CPU? Le CPU ou Unité centrale de traitement est le cerveau numérique d’un ordinateur. Tout ce qu’un ordinateur fait, de jouer jeux vidéos pour vous aider à rédiger un essai, se décompose en un ensemble d’instructions mathématiques. La CPU prend ces instructions et les exécute.
Les détails de la façon dont il le fait sont, bien sûr, beaucoup plus compliqué que cette simple explication. La chose la plus importante que vous devez savoir est que le processeur est le principal moteur mathématique d’un ordinateur.
L’histoire (extrêmement) courte des processeurs
L’histoire de l’informatique est longue et complexe. Il remonte également plus loin dans l’histoire que le numérique, l’électronique ou même l’électricité. Un abaque est une sorte de processeur. Il en va de même pour les calculatrices mécaniques. La grande différence est que ces machines ne peuvent faire qu’une ou quelques tâches mathématiques. Ils ne sont pas usage général processeurs, dont le processeur moderne est un exemple.
Ce qui fait d’une CPU un appareil de calcul à usage général, c’est l’utilisation de la logique. En 1903, Nikola Tesla a breveté des circuits électriques appelés portes et interrupteurs. En utilisant ces circuits, vous pouvez créer des périphériques qui effectuent des opérations logiques, dans lesquelles la machine peut agir dans certaines conditions.
Du milieu à la fin des années 40, William Shockley, John Bardeen et Walter Brattain ont inventé et breveté un dispositif appelé transistor, alors qu’ils travaillaient chez Bell Laboratories. Le transistor est le bloc de construction de base d’un processeur. Les transistors sont des composants informatiques relativement petits. Le transistor est une invention si importante que les trois inventeurs ont reçu un prix Nobel pour cela.
À la fin des années 1950, Robert Noyce et Jack Kilby ont franchi une étape supplémentaire et ont créé le premier travail circuit intégré. Un circuit intégré est un ensemble de circuits électroniques intégrés dans une seule pièce de matériau semi-conducteur. Dans la plupart des cas, ce matériau est du silicium. C’est ce que les gens veulent dire quand ils disent «micropuce».
Un processeur se compose d’une ou plusieurs micropuces. Il s’agit d’une invention importante car des milliards de transistors peuvent être emballés dans un seul processeur. Cela crée des moteurs mathématiques incroyablement puissants.
En utilisant les inventions des portes logiques, des transistors et des circuits intégrés, le monde entier a été changé. Les micropuces sont dans tout ces jours-ci, pas seulement dans votre ordinateur. Et les processeurs sont les micropuces polyvalentes les plus avancées que nous puissions fabriquer.
Comment fonctionnent les processeurs?
Tout le principe d’un CPU est basé sur code binaire. Les êtres humains ont tendance à représenter les nombres en utilisant un système appelé base 10 ou le système décimal. Les valeurs de position de chaque chiffre dans un nombre augmentent d’un facteur dix. Donc «111» contient cent, dix et un.
Les ordinateurs et leurs processeurs ne comprennent pas du tout la base 10. Les transistors fonctionnent sur le principe de l’activation ou de la désactivation. Ce qui signifie que les portes logiques que vous construisez à partir d’elles ne peuvent également fonctionner qu’avec ces deux états. C’est pourquoi, fondamentalement, les processeurs fonctionnent sur code binaire. Ce système numérique a des valeurs de position différentes. Au lieu de cela, si 1, 10, 100, 1000 et ainsi de suite, les valeurs de position sont 1,2,4,8,16,32,64,128 et ainsi de suite.
Donc, en binaire, «111» serait 7 en nombres décimaux puisque vous additionnez 1,2 et 4 ensemble. Si l’un des nombres est un zéro, sautez-le simplement et ajoutez la valeur de position du 1 suivant. De cette façon, vous pouvez exprimer n’importe quelle valeur décimale. Notez simplement que les nombres binaires sont souvent lus de droite à gauche, donc la valeur de position «1» serait à l’extrême droite.
Mettons-le dans un tableau pour le rendre clair:
| Valeurs de lieu binaires | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256 |
| Le nombre décimal 7 en binaire | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Pouvez-vous voir pourquoi il ajoute au nombre 7 en décimal? Faisons le nombre 23:
| Valeurs de lieu binaires | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256 |
| Le nombre décimal 7 en binaire | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Donc 111 est «7», mais «11101» est 23 parce que la cinquième valeur de position en binaire est 16. Plutôt cool, non? Vous pouvez exprimer n’importe quel nombre possible qui peut être écrit en décimal de cette façon. Ce qui signifie que les ordinateurs construits à partir de transistors peuvent également fonctionner avec n’importe quel nombre.
Comment sont fabriqués les processeurs?
Le processus de production des processeurs modernes est également, comme vous vous en doutez, assez complexe. Le processus de base consiste à faire croître de grands cylindres de cristal de silicium. Ses propriétés semi-conductrices le rendent idéal pour la construction d’un circuit intégré binaire.
Ces gros cristaux sont découpés en tranches minces. Les plaquettes sont ensuite «dopées» avec un autre produit chimique pour affiner ses propriétés. Le circuit à l’échelle nanométrique est ensuite gravé dans la surface de la tranche à l’aide de lumière en utilisant un processus connu sous le nom de photolithographie.
Conception et performances du processeur
Les processeurs ne sont pas tous égaux. Le premier véritable ancêtre du processeur moderne, l’Intel 8086, avait environ 29 000 transistors dans son circuit intégré. Aujourd’hui, un processeur comme l’Intel i99900K a un peu plus de 1,7 milliard transistors. Plus les circuits logiques d’une CPU sont denses, plus le nombre d’instructions qu’il peut exécuter par cycle d’horloge est complexe et élevé.
Attendez, «cycle d’horloge»? Oui, c’est l’autre élément majeur des performances du processeur. Un CPU fonctionne à une fréquence particulière, avec chaque impulsion de l’horloge du CPU un cycle de calculs est effectué. Si vous utilisez le même processeur et doublez sa vitesse d’horloge, alors (en théorie) il devrait fonctionner deux fois plus vite.
Cet Intel 8086 de 1978 fonctionnait à 5 Mhz lors de son lancement. Cela représente cinq millions de cycles d’horloge par seconde. L’Intel i9-9900K? Il départs à 3,6 Ghz, soit 3600 Mhz, avec la possibilité d’augmenter les choses jusqu’à 5000 Mhz lorsque cela est possible.
Pour ajouter encore une autre ride aux performances du processeur, les processeurs modernes contiennent en fait plusieurs «cœurs». Chaque cœur est en fait un processeur indépendant lui-même. Il est typique d’avoir au moins quatre de ces cœurs de nos jours, mais dernièrement, la norme a été que les ordinateurs grand public aient six ou huit cœurs. Les ordinateurs professionnels haut de gamme peuvent avoir environ 100 cœurs de processeur.
Avoir plusieurs cœurs signifie que le CPU peut exécuter plusieurs jeux d’instructions en parallèle. Ce qui signifie que nos ordinateurs peuvent faire beaucoup de choses à la fois sans problème. Certains processeurs ont des cœurs «multithread». Ces cœurs peuvent eux-mêmes gérer chacun deux tâches distinctes. Dans les processeurs Intel, il s’agit de “hyper-Threading».
Ainsi, la performance totale d’un processeur se résume à une combinaison de:
Il y a bien sûr plus que ces quatre points principaux. Cependant, ce sont les quatre principales considérations pour que le processeur fonctionne correctement.
Le rôle du processeur dans votre ordinateur
La dernière chose que nous devons couvrir est le travail que le processeur joue sur votre ordinateur. Ce n’est, après tout, pas la seule puce de circuit intégré de votre ordinateur. Par exemple, les GPU (unités de traitement graphique) sont souvent encore plus denses en transistors qu’un CPU.
Ils ont besoin de leur propre système de refroidissement et d’alimentation, ainsi que de mémoire. C’est comme un petit ordinateur supplémentaire! La même chose peut être dite pour les puces qui contrôlent votre trafic audio, USB et disque dur. Alors, pourquoi le processeur est-il spécial? Voici les principales raisons:
- Il peut traiter N’IMPORTE QUELLE instruction, un GPU ne fait que certains types de traitement
- Il relie tous les autres composants ensemble, poussant et tirant des données pour faire fonctionner votre ordinateur
- Le processeur est impliqué dans tous les travaux que l’ordinateur doit effectuer dans une certaine mesure
En bref, le processeur est le composant de performance général le plus important de votre ordinateur. Ne le prenez pas pour acquis!
