Qu’est-ce qu’un microprocesseur MPU ?
Un microprocesseur MPU est un dispositif semi-conducteur qui effectue des traitements numériques et logiques selon un programme.
Parfois simplement appelé microprocesseur, il joue un rôle central dans les ordinateurs. Lorsque les ordinateurs ont été développés pour la première fois, la technologie des semi-conducteurs permettait l’intégration de plusieurs milliers de transistors sur une seule puce. Récemment, il est devenu possible d’intégrer jusqu’à un milliard de transistors, et le nombre accru de fonctions incorporées dans les microprocesseurs MPU a grandement contribué à rendre les appareils plus petits, plus légers et moins gourmands en énergie.
Utilisations des microprocesseurs MPU
Les microprocesseurs MPU sont installés dans tous les ordinateurs. Les ordinateurs se composent principalement de ce microprocesseur MPU, de mémoire, de périphériques de stockage tels que les SSD et les HDD, et de périphériques d’entrée/sortie tels que les claviers, les souris, les écrans et les haut-parleurs.
Aujourd’hui, ils sont équipés en standard d’une interface pour la connexion internet et peuvent également être dotés d’un GPU (Graphics Processing Unit) pour le traitement graphique ou d’un processeur vectoriel pour le traitement de l’intelligence artificielle, et sont utilisés pour le 3DCG, divers types de reconnaissance, etc.
Un dispositif similaire au MPU est le MCU, alors que le MPU est installé dans des produits à usage général, principalement des ordinateurs, le MCU est installé dans des appareils ménagers tels que des équipements audiovisuels, des équipements industriels et des automobiles, et est utilisé dans le but limité de contrôler l’équipement. Les MCU sont utilisés dans les appareils ménagers tels que les équipements audiovisuels, les équipements industriels et les automobiles dans le but limité de contrôler l’équipement.
Ces dernières années, la frontière entre les microprocesseurs MPU et les MCU s’est estompée, car de plus en plus de produits exécutent des programmes d’utilisateur sur des appareils à usage limité, comme les smartphones.
Principe des microprocesseurs MPU
Les microprocesseurs MPU contiennent une unité centrale de traitement (CPU), qui traite les instructions et les données lues dans la mémoire. Elle comporte également une unité de gestion de la mémoire intégrée, qui convertit les adresses logiques visibles par le programme en adresses physiques visibles par le matériel, ainsi qu’une mémoire cache intégrée, qui accélère l’accès à la mémoire et réduit le temps de traitement du programme.
L’ensemble des microprocesseurs MPU fonctionne sur une horloge générée par le générateur d’horloge intégré. Certains microprocesseurs MPU fonctionnent à des cadences de plusieurs GHz, ce qui permet d’effectuer des milliards de calculs par seconde.
Les résultats du traitement dans le microprocesseur MPU sont également envoyés aux périphériques de sortie – moniteurs, haut-parleurs, imprimantes, etc.
Types de microprocesseurs MPU
Les microprocesseurs MPU sont classés en deux catégories selon leur architecture : CISC et RISC. L’architecture décrit le concept de conception et se réfère spécifiquement au jeu d’instructions.
Un jeu d’instructions est un ensemble d’instructions que le microprocesseur MPU lit directement et qui est représenté par des 0 et des 1. La programmation normale utilise un langage de programmation appelé langage de haut niveau, qui est converti par le compilateur du système d’exploitation en un jeu d’instructions exprimé en 0/1 et exécuté par le microprocesseur MPU.
1. CISC
Le CISC est une méthode dans laquelle une seule instruction exécute une série de processus complexes. On peut dire qu’il s’agit d’une méthode arithmétique qui vise à améliorer les performances du micro-ordinateur en effectuant le traitement avec le moins d’instructions possible.
Certaines instructions exécutent des processus simples, auquel cas elles sont également appelées jeux d’instructions à longueur variable, car la longueur des bits de l’instruction est raccourcie, ce qui permet d’obtenir un programme de taille compacte. C’est pourquoi ils sont souvent utilisés dans des utilisations de contrôle où seul un programme prédéfini est écrit dans la mémoire morte interne et où le traitement est exécuté.
2. RISC
RISC (Reduced Instruction Set) est un type de système d’exécution d’instructions dans lequel chaque instruction n’exécute qu’un processus simple et où la vitesse d’exécution de chaque instruction est donc élevée. Dans le RISC, la longueur des bits d’instruction est fixe, et est également appelé jeu d’instructions à longueur fixe, et est destiné à des utilisations générales telles que les ordinateurs.
Bien que moins courant que les deux types ci-dessus, il existe également un type de microprocesseur MPU appelé VLIW (Very Long Instruction Word), dont la longueur d’instruction est de 128 bits ou plus et qui exécute plusieurs instructions simultanément à grande vitesse.
Autres informations sur les microprocesseurs MPU
Évolution des microprocesseurs MPU
Les microprocesseurs MPU ont évolué en même temps que la technologie des semi-conducteurs. Le premier microprocesseur MPU au monde était l’Intel 4040 de 4 bits, construit par les Japonais sur une règle de processus de 10um, avec 2 200 transistors intégrés et fonctionnant à 750 KHz.
Les microprocesseurs MPU les plus récents sont construits sur des règles de processus de plusieurs nm, intègrent des milliards de transistors et fonctionnent à plusieurs GHz. La technologie des semi-conducteurs s’approche de la barrière de la taille atomique, mais elle continue d’évoluer avec le développement d’une technologie qui permet aux transistors précédemment formés sur une surface plane d’être également formés verticalement.
Parallèlement, des initiatives sont prises pour réaliser des microprocesseurs MPU à base de semi-conducteurs dans des dispositifs optiques, et des travaux de recherche et développement sont également en cours pour réaliser des processeurs quantiques, de sorte que l’évolution des microprocesseurs MPU devrait se poursuivre à l’avenir.