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Hicham ELKASMI MICROPROCESSEUR Microprocesseur (définition) Un microprocesseur

Hicham ELKASMI MICROPROCESSEUR Microprocesseur (définition) Un microprocesseur ou CPU (Central Processor Unit) est un composant électronique minuscule, fabriqué le plus souvent en silicium, qui regroupe un certain nombre de transistors élémentaires interconnectés. Son rôle est d'interpréter les instructions et traiter les données d'un programme. En informatique, le microprocesseur est l'élément le plus important de l'ordinateur. Dès maintenant nous devons mettre en tête que dans un ordinateur, il n'y a pas un seul processeur mais il existe de nombreux processeurs qui gèrent indépendamment : la carte son, la carte graphique, la carte SCSI, etc... mais c'est le microprocesseur ou CPU (Central Processor Unit) qui est chargé de traiter toutes les informations de ces composants. Actuellement il existe deux grands fondeurs produisant des processeurs pour PC, INTEL et AMD qui se partagent quasiment entièrement le marché avec environ 80% pour Intel et 20% pour AMD. Ces chiffres sont ceux du marché global (OEM, entreprises...) mais dans le segment qui nous intéresse, celui des particuliers qui achètent un processeur au détail, les parts de marché sont d'environ 70/30. Il existe d'autres fondeurs comme IBM, Texas Instrument ou VIA mais leurs produits sont surtout réservés à certaines niches du marché (ultra basse consommation...) ou d'autres produits (consoles, téléphones etc...). Caractéristiques principales du processeur Les trois paramètres principaux qui contribuent à identifier un processeur. Les deux éléments primordiaux à son identification est sa largeur et sa fréquence. La fréquence est une notion relativement simple à appréhender. Elle se mesure en mégahertz (MHz) ou en gigahertz (GHz) et correspond au nombre de millions ou de billions de cycles par seconde que le processeur est capable d’effectuer. Bien entendu plus cette valeur est élevée, plus le processeur sera rapide. La largeur de bande d’un processeur est un concept déjà plus complexe, car le processeur possède en fait trois variables exprimés sous la forme d’une largeur, nos trois paramètres : 1) Le bus d’entrées/sorties de données ; 2) Le bus d’adresses ; 3) Les registres internes ; Bus d’entrées/sorties de données Vous savez déjà que dans un ordinateur, les données sont envoyées sous forme d’informations numériques, langage binaire. Dans un même laps de temps, l’ordinateur génère une tension de 3,5 Volt ou 5 Volt pour signaler un bit de donnée 1, et une tension de 0 Volt pour communiquer un bit de données. Plus le nombre de fils est important, plus le nombre d’octets (1 octet = 8 bits) transférés en intervalle de temps donné est grand. Tous les processeurs modernes, depuis le Pentium jusqu’au dernier Core 2 Duo, et même Core i7, disposent d’un bus de données d’une largeur de 64 bits, soit 8 octets (8 octets x 8 bits = 64 bits). Ils peuvent ainsi transporter 64 bits de données en même temps vers ou depuis le chipset de la carte mère ou la mémoire système. Tableau depuis 1971 à 2008 des architectures avec largeur de bus de données Date Nom Nombre de transistors Finesse de gravure (µm) Fréquence de l'horloge Largeur des données MIPS 1971 4004 2 300 108 kHz 4 bits/4 bits bus 1974 8080 6 000 6 2 MHz 8 bits/8 bits bus 0,64 1979 8088 29 000 3 5 MHz 16 bits/8 bits bus 0,33 1982 80286 134 000 1,5 6 MHz 16 bits/16 bits bus 1 1985 80386 275 000 1,5 16 à 40 MHz 32 bits/32 bits bus 5 1989 80486 1 200 000 1 25 à 100 MHz 32 bits/32 bits bus 20 1993 Pentium 3 100 000 0,8 à 0.28 60 à 233 MHz 32 bits/64 bits bus 100 1997 Pentium II 7 500 000 0,35 à 0.25 233 à 450 MHz 32 bits/64 bits bus 300 1999 Pentium III 9 500 000 0,25 à 0.13 450 à 1400 MHz 32 bits/64 510 « !!! » bits bus 2000 Pentium 4 42 000 000 0,18 à 0.065 1,3 à 3.8 GHz 32 bits/64 bits bus 1 700 2004 Pentium 4D « Prescott » 125 000 000 0,09 à 0.065 2.66 à 3.6 GHz 32 bits/64 bits bus 9 000 2006 Core 2™ Duo 291 000 000 0,065 2,4 GHz (E6600) 64 bits/64 bits bus 22 000 2007 Core 2™ Quad 2*291 000 000 0,065 3 GHz (Q6850) 64 bits/64 bits bus 2*22 000 (?) 2008 Core 2™ Duo (Penryn) 410 000 000 0,045 3,33 GHz (E8600) 64 bits/64 bits bus ~24 200 2008 Core 2™ Quad (Penryn) 2*410 000 000 0,045 3,2 GHz (QX9770) 64 bits/64 bits bus ~2*24 200 2008 Intel Core i7 (Nehalem) 731 000 000 0,045 (2008) - 0,032 (2009) 2,93 GHz (Core i7 940) - 3,2 GHz (Core i7 Extreme Edition 965) 64 bits/64 bits bus ? Pour bien comprendre la manière dont les informations circulent, je vais prendre l’exemple le plus utilisé par les analystes, celui de l’autoroute. Donc si une autoroute ne comprend qu’une seule voie dans chaque sens, on peut en déduire qu’une seule voiture pourra se déplacer à la fois dans un sens. Pour augmenter le trafic, il est possible d’ajouter une seconde voie ce qui permettra d’avoir deux fois plus de véhicules qui pourront circuler dans le même laps de temps. Le processeur 8 bits peut être comparé à une autoroute à une voie unique, puisque seul un octet peut circuler sachant que un octet équivaut à 8 bits. Afin d’augmenter encore le trafic, on peut décider de construire une autoroute à quatre voies dans chaque sens. Cet exemple et le modèle type d’une architecture correspondant à un bus de données 32 bits, capable de transférer 4 octets d’informations simultanément. Si l’on pousse un peu plus loin notre exemple on obtiendra un bus de données de 64 bits que l’on peut comparer à une autoroute à huit voies dans chaque sens. On nomme ces données extrêmement importante que l’on vient d’expliquer, la largeur du bus de données d’un processeur. Importante, car c’est cette valeur qui conditionne aussi la taille d’un banc de mémoire vive. Les processeurs Pentium (dont le Pentium III, Celeron, Pentium 4, ainsi que les modèles Athlon et Duron) lisent et écrivent 64 bits de données à la fois dans la mémoire. Logique étant données que les barrettes de mémoire de types SIMM (Single Inline Memory Module, module de mémoire à rangée de contacts unique) à 72 broches ont une largeur de 32 bits seulement. C’est pour cette raison qu’elles pouvaient être à l’époque installées une par une sur la plupart des ordinateurs de type 486. Sur les ordinateurs de type Pentium, elles devaient impérativement être installées par paire. Ensuite sont arrivée les barrettes de mémoire DIMM (Dual Inline Memory Modules, modules de mémoire à double rangée de contacts) avec une largeur de 64 bits. Elles peuvent donc être installées dorénavant une par une sur les ordinateurs à partir de la classe Pentium III. Donc chaque barrette DIMM correspondait à un banc de mémoire entier ce qui à l’époque a facilité grandement la configuration des ordinateurs. Ensuite avec une très courte durée de vie sont arrivée les nouvelles barrettes de mémoire RIMM (Rambus Inline Memory Modules, modules de mémoire à rangée de contacts Rambus) très onéreuse ce qui explique son manque de succès. Cette mémoire applique des règles de jeu bien différent et disposera en principe que d’une largeur de 16 ou 32 bits. En fonction du type de module et du type de mémoire, elles seront employées soit individuellement ou par paire. Encore très utilisé de nos jours et avec l’arrivée du Pentium 4, les modules mémoire DIMM DDR (Double Data Rate, modules de mémoire à double taux de transfert) vont faire table rase sur tous les anciens modules. Son bus est comme pour les modules de mémoire DIMM de 64 bits avec un connecteur de 184 broches à la différence qu’elle double le taux de transfert de données en un cycle d’horloge (les données circulent dans un même laps de temps dans un front montant et un front descendant du bus système). Dernier modules de mémoire actuel, la DIMM DDR-II (Double Data Rate Two, modules de mémoire à double taux de transfert à débit deux fois plus élevé) qui pour différence avec la DDR de pouvoir augmenter le taux de transfert par deux et de traiter quatre mot de données par cycle d’horloge. Bus d’adresses Le bus d’adresses est l’ensemble des fils qui transportent les informations d’adressage utilisées pour d’écrire la zone de mémoire dans laquelle les données sont envoyées ou depuis laquelle les données proviennent. Tout comme pour le bus de données, chaque fil transporte un seul bit d’information. Ce bit est toujours un chiffre unique de l’adresse. Plus il y a de fils (chiffres) utilisés pour calculer ces adresses, plus le nombre de zones d’adresses est important. La taille ou largeur du bus d’adresses indique la quantité de RAM maximale que le processeur peut adresser. Pour reprendre l’exemple de notre autoroute, si le bus d’entrée/sortie de données est représenté par l’autoroute et que sa taille correspond au nombre de voies, le bus d’adresses correspond au numéro de maison ou plus simplement à l’adresse uploads/Ingenierie_Lourd/ microprocesseur-hicham-elkasmi.pdf