Microprocesseur
Le microprocesseur est le cœur des micro-ordinateurs.
À strictement parler, il s'agit d'un processeur ou Central processing unit qui a été réduit en taille suffisamment pour tenir sur un seul circuit intégré (puce).
Un processeur plus traditionnel (pour ne pas dire ancien) peut - lui - aller jusqu'à tenir sur plusieurs cartes.
Comme tous les processeurs, il prend en charge l'exécution des instructions contenues dans les programmes informatiques écrits avec des langages de programmation allant de l'assembleur à des langages abstraits traduits soit par des compilateurs soit par des interpréteurs.
Néanmoins, la distinction entre Central Processing Unit, CPU, processeur et microprocesseur est souvent abandonnée au profit d'une banalisation de ces termes.
La distinction se fait désormais dans sa fonction entre celle centrale et celle prenant en charge des fonctions comme le graphisme ou la compression/décompression audio-vidéo.
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Histoire
Le microprocesseur a été inventé par Marcian Ted Hoff en 1971, alors que celui-ci était ingénieur chez Intel. À l'époque, ni la direction d'Intel ni le client japonais à qui était destiné le microprocesseur, n'ont été intéressés par l'invention.
En 1990, on apprenait toutefois que la paternité du concept de Micro-processeur jusque là revendiquée depuis 1971, et 1973 pour le brevet, par Intel et Marcian Ted Hoff, était mal-fondée. En effet Gilbert Hyatt avait dès 1970 déposé un brevet plus étendu sur ce concept et avait poursuivi, en toute discrétion pour éviter les pressions, la validation de ce brevet pendant les 20 années qui suivirent. Ce brevet s'il le souhaitait l'autoriserait à percevoir des royalties (droits d'auteur) sur tous les micro-processeurs fabriqués et à venir de par le monde.
Le premier microprocesseur commercialisé est le 4004 4-bits le 15 novembre 1971. Il fut suivi par le 8008. Ces processeurs sont les précurseurs des Intel 8080 et Zilog Z80 et de la future famille des Intel x86.
Familles de microprocesseurs
Il existe plusieurs familles de microprocesseurs :
- La plus connue par le grand public est celle de la famille x86, développée principalement par Intel (Pentium), AMD (Athlon), CYRIX, NEC... Les deux premiers constructeurs fournissent la plus grande partie des processeurs actuellement utilisés dans la construction des ordinateurs de type PC (2005).
- Les PowerPC d'IBM et Motorola équipent actuellement les Macintosh (Apple) ainsi que divers systèmes embarqués. Il équipe aussi des consoles de jeu : Playstation 2, la version 2 de la Xbox...
- La famille 68000 de Motorola animait les anciens Macintosh, les Atari ST et les Commodore Amiga. Leurs dérivés (Dragonball, ColdFire) sont toujours utilisés dans des systèmes embarqués.
Parmi les familles moins connues du grand public:
- La famille Sparc anime la plus grande partie des stations de travail de Sun Microsystems.
- La famille MIPS anime les stations de travail de Silicon Graphics, des consoles de jeux, comme les PSOne et des systèmes embarqués, ou des routeurs Cisco.
- La famille StrongARM est de nos jours utilisée uniquement dans les systèmes embarqués, elle a précédemment été utilisée par Acorn pour ses Archimedes et RiscPC.
Fonctionnement
Les microprocesseurs sont cadencés par une horloge qui fonctionne à plusieurs mégahertz (MHz). Au milieu des annéees 1980, les microprocesseurs fonctionnaient à 4,77 et 8 MHz. Courant 2004, cette vitesse d'horloge atteint 3,4 GHz sur des modèles commerciaux (5 GHz en laboratoire). Plus la vitesse de l'horloge est élevée, plus le microprocesseur sera capable d'exécuter à un rythme élevé les instructions de base des programmes.
Les microprocesseurs actuels sont optimisés pour exécuter plus d'une instruction par cycle d'horloge, ce sont des microprocesseurs avec des unités d'exécution parallélisées. En plus ils sont dotés de procédures qui « anticipent » les instructions suivantes avec l'aide de la statistique.
Dans la course à la puissance des microprocesseurs, il y a deux méthodes d'optimisation. Faire des microprocesseurs au jeu d'instructions simplifié (RISC, Reduced Instruction Set Computer), plus rapide pour les instructions simples, faciles à fabriquer et dont on peut monter la vitesse de l'horloge sans trop de difficultés techniques. L'autre famille de microprocesseurs s'appelle le CISC (Complex Instruction Set Computer) dont le nombre de cycle d'horloge par instruction est plus long, mais qui a en son cœur plus d'instructions pré-câblées que le RISC.
Néanmoins, avec la considérable augmentation de la taille des puces électroniques et la gigantesque accélération des fréquences d'horloge, la distinction entre RISC et CISC a quasi complètement disparu. Là où des familles tranchées existaient, on observe aujourd'hui des microprocesseurs où une structure interne RISC apporte de la puissance tout en restant compatible avec une utilisation de type CISC (la famille Intel x86 a ainsi subi discrètement une transition entre une organisation initialement très typique d'une structure CISC et l'utilisation actuelle d'un cœur RISC très puissant plus un réarrangement du code à la volée).
Les mémoires cache vont jusqu'à trois niveaux et sont de plus en plus étendues.
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Fabrication des microprocesseurs
La fabrication d'un microprocesseur est essentiellement identique à celle de n'importe quel circuit intégré (voir le chapitre à ce sujet). Elle suit donc un procédé complexe. Mais l'énorme taille de la plupart des microprocesseurs a tendance à augmenter encore le coût de l'opération.
La loi de Moore, qui indique que le degré d'intégration des microprocesseurs double tous les 18 mois, indique également que les coûts de production doublent en même temps que le degré d'intégration.
La fabrication des microprocesseurs est aujourd'hui considérée comme l'un des deux facteurs d'augmentation de la capacité des unités de fabrication (avec les contraintes liées à la fabrication des mémoires à grande capacité). La finesse de la gravure industrielle va atteindre bientôt 65 nm (en ce moment 90).
Fonctions à développer
Organisation parallèle
Dépendant aussi du système d'exploitation la tendance actuelle est l'installation de plusieurs processeurs parallèles et de multiples tâches d'où l'importance grandissante des fonctions d'arbitrages entre processus (par exemple l'hyper threading).
Sécurité et location
Sous l'impulsion des distributeurs de musique et de vidéo qui veulent garder cette formidable source de revenus à forte marge l'industrie met en place toutes les fonctions (par exemple LaGrande et Palladium) qui leur permettra d'obliger les utilisateurs à passer plusieurs fois à la caisse.
Mémoire étendue
Ancien système d'extension de la mémoire permettant de dépasser la limite de 1Mo du microprocesseur 8086 de l'époque. Cette mémoire était accessible par pages de 64 Ko. On ne l'utilise plus de nos jours en raison des capacités d'adressages étendues des processeurs récents ainsi qu'en raison de l'extrême lenteur des accès aléatoires dès que ceux-ci nécessitent un changement de page mémoire.
Systèmes d'exploitation multiple
Vanderpool/Silvervale: si un système d'exploitation de travail est infecté par un virus coriace, un autre de préférence sur une autre base comme Linux vers MacOS ou Windows pourrait agir comme gardien et désinfecter le premier tout en ne laissant pas la possibilité au virus de se propager.
Anticipation des problèmes et gestion à distance
Particulièrement utile pour les serveurs.
Le problème de l'échauffement
L'échauffement des microprocesseurs reste grosso modo et malgré l'usage de techniques de gravures de plus en plus fines, proportionnel au carré de leur fréquence à architecture donnée :
- Un i686 à 500 MHz (1,1V) consommait typiquement 9W.
- Un i686 à 1 GHz (1,7V), deux fois plus rapide, consomme typiquement 34 W, ce qui n'est pas loin du quadruple.
- À 2 GHz un Opteron dissipe 107 W et un G5 55 W.
Ce problème est lié à un autre, celui de la dissipation thermique et donc souvent des ventilateurs, sources de nuisances sonores difficilement compatibles avec un environnement de bureau. Le refroidissement liquide (à eau) est proposé.
Voir aussi
Liens internes
- Liste de microprocesseurs
- Processeur
- Loi de Moore
- Semi-conducteur
- Circuit intégré
- Programmation
- Langages de programmation
- Informatique
- Dictionnaire informatique
- Octet
- Bit
Liens externes
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