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Dans nos PC, il n’y a pas un mais plusieurs processeurs. En effet, il existe de nombreux processeurs qui gèrent indépendamment : la carte son, la carte graphique, la carte SCSI… C’est le microprocesseur ou CPU (Central Processor Unit) qui est chargé de traiter toutes les informations de ces composants. Le microprocesseur est donc l’élément le plus important de tout PC.

COMMENT LES FABRIQUE-T-ON ?

La matière de base pour fabriquer un processeur est un semi-conducteur : le silicium (extrait du sable). Il est purifié et mis sous forme de galette (appelée Wafer, en photo à gauche) de très fine épaisseur. A partir de cette galette de silicium, on réalise une photolithographie : - on sensibilise le silicium à la lumière grâce à une pellicule “photon-résistive” ; - les circuits électroniques sont ensuite dessinés et marqués sur le silicium par une source lumineuse ; - on trempe l’ensemble dans un bain révélateur pour faire apparaître les circuits électroniques ; - on répète l’opération autant de fois que le nombre de couches du processeur ; - enfin, le processeur est recouvert d’une protection céramique ou plastique.

Les microprocesseurs sont ensuite testés un par un et classés en fonction de leur aptitude à supporter une certaine fréquence de fonctionnement. C’est ainsi qu’on leur attribue une fréquence.

FONCTIONNEMENT D’UN MICROPROCESSEUR

Fonctionnement interne Le microprocesseur est un composant électronique complexe composé de millions de transistors. Il gère les données et les commandes à exécuter de nos PC. Pour cela, il reçoit et renvoie ces données et ces commandes par du courant électrique. Les données et les commandes qui sont exécutées par les processeurs sont codées en langage binaire. Le langage binaire est composé de 0 et de 1. Ces 0 et 1 sont appelés des bits. L’horloge interne (ou la fréquence) d’un processeur fait vibrer un quartz. Son unité de mesure est le hertz (Hz). Un processeur dit “cadencé” à une fréquence de 500 MHz signifie donc que le quartz produit 500 millions d’impulsions par seconde. L’intervalle de temps entre chaque impulsion est appelé période.

Pendant chaque impulsion, la naissance, ou non, d’un courant électrique permet au processeur de déterminer la valeur d’un bit : 0 signifiant que le courant ne passe pas, 1 que le courant passe. Ainsi, au bout de X périodes, le processeur crée un code composé d’une suite de X bits (suite de 0 et de 1). Remarque : la période (en secondes) étant l’inverse de la fréquence (en Hz), il en résulte que cette période varie en fonction de la fréquence du processeur : la période est d’autant plus petite que la fréquence du processeur est grande. . Fonctionnement externe Le microprocesseur utilise un bus cadencé à une fréquence (dite externe) comprise actuellement entre 66 et 200 MHz, en fonction du microprocesseur. Le bus permet à celui-ci de communiquer avec les autres composants du PC. Mais, y a-t-il un rapport entre la fréquence externe et la fréquence interne ? Eh bien oui, car c’est à partir de la fréquence externe et d’un coefficient multiplicateur (nombre compris généralement entre 3 et 8, augmentant par paliers de 0,5) qu’est déterminée la fréquence interne. Par exemple : pour obtenir 500 MHz avec un processeur utilisant un bus 100 MHz, il est nécessaire d’avoir le coefficient multiplicateur 5 (5 x 100 MHz = 500 MHz) ; pour obtenir 600 MHz avec un bus 133 MHz, il faut un coefficient multiplicateur de 4,5 (4,5 x 133 = 600 MHz).

COMPOSITION D’UN MICROPROCESSEUR

Le microprocesseur est composé de plusieurs blocs de transistors appelés unités. On distingue trois catégories d’unités : . Unités de calcul

1 - L’unité arithmétique ou ALU (Aritmetic Logical Unit) Elle est chargée d’effectuer des opérations (sommes, additions…) sur des nombres réels entiers.

2 - L’unité de calcul flottant ou FPU (Floating Point Unit) Elle est chargée d’effectuer des opérations complexes (sommes, additions, racines carrées, sinus…) non seulement sur des nombres réels entiers mais aussi sur des nombres réels à virgule (calculs en virgules flottantes).

3 - L’unité multimédia Les microprocesseurs pour PC ont vu la première extension multimédia avec la technologie MMX introduite par Intel (et utilisée par AMD) en 1997, dans le but d’optimiser les programmes multimédias (calculs de nombres entiers).

AMD (en collaboration avec Digital) a ensuite introduit sa technologie 3DNow! en 1998, dans le but d’optimiser les calculs 3D (calculs en virgules flottantes). Intel a riposté en introduisant sa technologie SSE ou Streaming SIMD en 1999. C’est l’équivalent du 3DNow!, même si le SSE est théoriquement plus performant.

A la sortie de son processeur Athlon, AMD a introduit en 1999 un complément à sa technologie 3DNow! permettant une optimisation plus complète des calculs en virgules flottantes (MP3, AC-3, Soft modems, Soft ADSL). . Unités de contrôle Elles sont chargées du décodage des instructions, de l’accès à la mémoire vive… . Unité de mémoire cache 1 - Cache de niveau 1 ou cache L1 (Level 1) Cette mémoire cache est divisée en deux parties égales : l’une pour les instructions, l’autre pour les données.

Sa taille est actuellement comprise entre 32 Ko et 128 Ko en fonction du microprocesseur. Elle permet de stocker les instructions et les données les plus souvent utilisées. Cette mémoire cache est beaucoup plus rapide que la mémoire vive, puisqu’elle a l’avantage d’être accédée à la même fréquence que le microprocesseur. On observe alors un gain raisonnable de performance. 2 - Cache de niveau 2 ou cache L2 (Level 2) C’est une extension du cache L1.

Tous les processeurs récents disposent d’un cache L2 intégré. Sa taille est actuellement comprise entre 128 Ko et 512 Ko en fonction du microprocesseur. Auparavant, ce type de cache était disposé sur la carte mère, mais son intégration avec le microprocesseur permet au cache L2 d’accéder à une fréquence plus importante et proportionnelle à la fréquence du microprocesseur. 3 - Cache de niveau 3 ou cache L3 (Level 3) Ce type de cache est beaucoup moins fréquent, puisque son coût est élevé. C’est pourquoi il est utilisé dans les microprocesseurs haut de gamme, destinés aux stations de travail ou serveurs. Sa taille est actuellement comprise entre 1 Mo et 8 Mo en fonction du microprocesseur. A cause de sa taille, le cache L3 ne peut être directement intégré au microprocesseur, mais reste tout de même à proximité.

INNOVATIONS DES MICROPROCESSEURS

Les architectures CISC et RISC L’architecture CISC (Complex Instruction Set Computer) dispose d’un jeu de plus de 400 instructions. Elle a été utilisée dans les premiers microprocesseurs et continue de l’être majoritairement. Les microprocesseurs basés sur l’architecture CISC sont dits compatibles x86 ou compatibles Intel, puisque les instructions CISC sont majoritairement utilisées par toutes les familles de processeurs Intel.

Mais les chercheurs d’IBM ont mis au point l’architecture RISC (Reduced Instruction Set Computer) qui utilise un jeu de 128 instructions simples permettant une exécution plus rapide de celles-ci. En effet, une suite d’instructions simples peut s’exécuter plus rapidement qu’une seule instruction complexe. Le problème qui se pose, c’est que ces deux architectures sont incompatibles. Les logiciels et programmes fonctionnant avec un processeur CISC (x86) ne fonctionne pas avec un processeur RISC. Pour faire face à ce problème, il faut utiliser soit un émulateur logiciel (capable de faire fonctionner les logiciels et programmes actuelles avec un processeur RISC), soit un émulateur matériel (intégré dans les microprocesseurs pour convertir les instructions CISC en instructions RISC).

AMD a choisi d’intégrer un émulateur d’instructions CISC (x86) en instructions RISC dans ses processeurs (depuis sa famille de processeurs K6) suite au rachat (en 1995) de la société NexGen et de son circuit RISC86. Intel compte également suivre le choix d’AMD en intégrant un émulateur dans ces futurs processeurs (haut de gamme, pour l’instant !). . L’architecture super scalaire On parle d’architecture super scalaire lorsque le microprocesseur est capable de traiter les calculs de plusieurs unités de même type en même temps. Les unités de calculs ajoutées sont pour l’instant restreintes : elles sont plus spécialisées dans certains calculs simples (comme les additions, les soustractions…).

L’architecture 32/64 bits La plupart des microprocesseurs commerciaux ont une architecture 32 bits, c’est-à-dire qu’ils sont capables de traiter les informations par paquets de 32 bits. Ainsi, le passage d’une architecture 32 bits à une architecture 64 bits permettrait d’augmenter considérablement les performances, puisque les microprocesseurs traiteront les informations par paquets de 64 bits. Les processeurs 64 bits sont actuellement utilisés dans certaines stations de travail ou serveurs. Mais, il faut savoir que pour profiter pleinement des microprocesseurs 64 bits, il faut que les applications soient écrites en langage 64 bits, ce qui donne encore quelques belles années à l’architecture 32 bits.

L’architecture EPIC (Explicit Parallel Instruction Computing) L’EPIC est basé sur le traitement en parallèle des données. Elle apparaîtra en même temps que les microprocesseurs 64 bits. Actuellement, les processeurs essayent de prévoir ce qui va leur être demandé (c’est ce que l’on appelle la prédiction de branchements : procédé permettant de diriger les instructions à traiter vers le bon pipeline). Bien qu’assez fiable (80 à 90%), cette méthode fait perdre quelques cycles d’horloge si la prévision est mauvaise. Les microprocesseurs EPIC contourneront le problème en calculant en parallèle les diverses possibilités, la bonne étant ensuite conservée. Pour cela, il faudra un flux de données (procédé permettant d’optimiser l’ordre de traitement des données) important, afin de gérer tous les calculs en parallèle sans perte de vitesse.

Le concept du “PC-on-a-chip” Dans les années à venir, on va de plus en plus voir apparaître des “PC-on-a-chip”, c’està- dire des puces qui intègrent à la fois un microprocesseur, un circuit graphique et un contrôleur mémoire sur le même morceau de silicium. Une révolution ? Pas si sûr ! Certes, cette méthode permettrait d’éliminer certains goulets d’étranglement (bandes passantes “faibles”) constitués par le sous-système, tout en diminuant les coûts de production, mais il est difficile à croire que les circuits ajoutés au microprocesseur soient les plus performants, puisque la taille du circuit devrait être assez limitée. Ainsi, les PC équipés de ces puces devraient être placés en entrée de gamme.

Les différences entre les processeurs Intel Pentium 4 et Celeron Quelles sont les différences entre les processeurs Intel Pentium 4 et Celeron? A la base, le processeur Intel Celeron à socket mPGA 478 a été conçu pour être une solution économique au Pentium 4. Il a été développé pour contrer les processeurs moins dispendieux, mais plus puissant, de la compagnie AMD. Par contre, en termes de ratio puissance/prix, les processeurs AMD Athlon XP sont les plus avantageux, mais les processeurs Intel sont populaires car ils sont plus stables du fait qu’ils surchauffent beaucoup moins que les processeurs AMD. Ceci est très important lorsque l’on magasine pour un ordinateur portable, les processeurs Intel ont une meilleure portabilité grâce à leurs caractéristiques.

Le Celeron se compare avec le Pentium 4 surtout en termes de compatibilité avec les différents chipsets, d’architecture technologique ainsi que la vitesse du Front Side Bus (FSB) ou Bus système. Par contre, les processeurs Pentium 4 atteignent des vitesses FSB beaucoup plus élevées que le Celeron. Caractéristiques Pentium 4 Celeron Vitesse 1,3GHz à 3,40GHz 1,7GHz à 2,80GHz FSB 400MHz, 533MHz, 800MHz 400MHz Mémoire cache L2 256KB, 512KB, 1MB, 2MB 128KB Chacune de ces 3 caractéristiques déterminent la puissance d’un processeur. Pour le Pentium 4, plusieurs combinaisons sont possibles, donc plusieurs modèles de Pentium 4 sont disponibles sur le marché.

Ils portent chacun le nom respectif de leurs catégories qui sont les suivantes : Intel Pentium 4 Intel Pentium 4 avec technologie HT Intel Pentium 4 avec technologie HT Édition Extrême Donc, un processeur Pentium 4 avec technologie HT Édition Extrême aura une vitesse de 3,2GHz ou 3,4GHZ, un bus FSB de 800MHz et une mémoire Cache L2 de 2MB. Il faut aussi savoir qu’un Pentium 4 de 1,7GHz sera plus puissant et plus rapide qu’un processeur Celeron de la même vitesse.