Le processeur ou microprocesseur est le cerveau de l’ordinateur. © singkham, Adobe Stock
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Processeur : qu'est-ce que c'est ?

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Le processeur aussi appelé CPU (Central Processing Unit) est un peu le cerveau de tout matériel informatique ou intelligent. C'est un circuit électronique intégré dans l'appareil, parfois il s'agit de microprocesseur ; dans ce cas, le processeur n'est pas un circuit distinct du reste, mais complètement fondu dans l'ensemble du circuit électronique de l'appareil. Il existe différents types de processeur dont AMD ou Intel. Régulièrement, les processeurs connaissent une augmentation de leurs performances et de leurs capacités de traitement. Le plus récent en date est le processeur intel Core i9 ou encore le processeur intel core série X.

Chez AMD, le plus récent est le processeur 5950 X. Le processeur sera chargé d'exécuter les différentes tâches qui lui sont confiées dans les meilleurs délais. Plus le processeur est performant, plus il pourra traiter de tâches simultanément et rapidement. C'est pourquoi les nouvelles générations de processeurs sont vraiment très recherchées pour certaines applications que nous allons voir.  

Processeur en place (non-verrouillé). © LoKan Sardari, Flickr, CC by-nc-sa 2.0

À quoi sert un processeur ?

Un processeur dans un ordinateur, par exemple, devra traiter les informations qui lui sont envoyées et les prendre en charge. Le processeur analyse les données et peut effectuer des opérations arithmétiques ou logiques. Il est indispensable pour faire tourner la machine bien qu'il n'en soit pas le cœur ; sans lui, impossible d'exécuter un programme sur un ordinateur. Vous pouvez avoir besoin d'un processeur puissant si vous jouez à des jeux vidéo qui nécessitent d'effectuer de nombreuses tâches en même temps en interne ou encore si vous effectuez des montages photos ou vidéos.

Cependant, si vous souhaitez seulement consulter vos mails ou naviguer sur internet un processeur ancienne génération sera largement suffisant. Le processeur est un peu le chef d'orchestre interne de vos appareils numériques. Il permet non seulement d'exécuter des programmes, mais aussi d'afficher des informations à l'écran. Il coordonne l'échange de données entre les différents éléments qui composent l'appareil comme la carte graphique ou le disque dur. Il est capable d'interpréter, d'exécuter et de coordonner des données.

Comment fonctionne un processeur ?

Concrètement, le processus fonctionne grâce à un cristal de quartz excité qui émet des impulsions. À chaque impulsion ou cycle, le processeur effectue une action qui correspond à une instruction ou une partie d'instruction simple. Le nombre de cycles par seconde détermine la fréquence du processeur. Une fréquence de 2 gigahertz (GHz) correspond ainsi à 200 milliards de cycles par seconde. Chaque processeur possède également une architecture propre, le « langage » qui permet de relier le processeur à la mémoire principale via un bus de communication. On distingue ainsi les architectures CISC, RISC, VLIW, vectorielle, ou dataflow.

Le processeur fonctionne de la manière suivante. Lorsqu'il reçoit une information, celle-ci est codée de manière binaire et comporte deux volets, un code opération correspondant à la commande à effectuer et un code opérande permettant d'avoir accès aux paramètres de cette action. Il existe plusieurs catégories d'instructions selon le type de tâches : opération arithmétiques, accès à la mémoire, contrôle ou opération logique. Pendant le temps d'exécution de l'instruction, le processeur stocke les données dans des registres. Il en existe plusieurs sortes et ils peuvent aller jusqu'à plusieurs centaines sur les processeurs les plus récents.

Quelle évolution pour les microprocesseurs ? Le premier microprocesseur commercialisé par Intel en 1971 comportait 2.300 transistors et une fréquence d’horloge de 108 kHz. Le processeur M1 d’Apple, sorti en 2020, possède 18 milliards de transistors et une fréquence d’horloge de 3,10 GHz. © Singkham, Adobe Stock

Enfin, certains processeurs ont une mémoire cache qui se décompose en 3 niveaux, permettant d'accélérer le temps de traitement d'une commande. L'ensemble étant orchestré par une horloge interne à quartz et des signaux de commandes qui envoie au processeur l'information de traiter l'instruction. Les processeurs possèdent des cœurs ; un cœur permet de traiter une seule tâche à la fois ; plus il y a de cœurs, plus ils peuvent traiter de tâches simultanément. Les fabricants essayent de multiplier le nombre de tâches que peut effectuer le processeur en parallèle, mais aussi de diminuer le temps d'accès aux instructions. Des technologies comme l'hyper-threading permettent de donner un cœur logique supplémentaire à un cœur physique pour accélérer la vitesse d'exécution. Le processeur possède aussi une fréquence, plus elle est élevée, plus il traitera rapidement les instructions qui lui sont confiées. L'hyper-threading divise le travail en plusieurs tâches (treads) qui peuvent être traitées par un même cœur en parallèle pour gagner du temps. Un processeur à 16 cœurs en hyper-treading pourra ainsi traiter 32 threads.

Le processeur se compose de cinq parties principales :

  • l'unité de commande qui va chercher les instructions, les décode et les coordonne ;
  • l'unité arithmétique et logique qui exécute les instructions ;
  • les registres, des mémoires internes qui servent à stocker les variables et les résultats intermédiaires ou les informations de contrôle ;
  • la mémoire cache, au-dessus du registre, qui permet d'accélérer l'accès aux informations stockées dans la mémoire vive (RAM). La mémoire cache peut se situer directement sur la puce ou à l'extérieur du circuit intégré ;
  • les bus informatiques.
Schéma de fonctionnement d’un microprocesseur. © Céline Deluzarche, Futura
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