Qu’est-ce qu’un microprocesseur ?
Un microprocesseur est une puce semi-conductrice qui sert de cerveau à un ordinateur. Il effectue diverses opérations arithmétiques et contrôlant les périphériques.
Jusque dans les années 1970, le cerveau d’un ordinateur consistait en un grand circuit imprimé composé de plusieurs puces semi-conductrices. Les progrès réalisés dans le domaine des semi-conducteurs ont permis de créer une seule puce : les premiers microprocesseurs ont été expédiés en 1971.
Outre le microprocesseur, les éléments qui composent un ordinateur peuvent être classés comme suit : mémoire, graphiques, unités de disque dur, interfaces de communication Ethernet et autres dispositifs d’entrée/sortie. Lorsque les microprocesseurs sont apparus, les composants autres que les microprocesseurs susmentionnés étaient fournis sur des puces semi-conductrices séparées, et celles-ci étaient combinées pour créer des ordinateurs.
Grâce aux progrès et à la sophistication de la microfabrication des semi-conducteurs, la mémoire, les graphiques et les diverses fonctions d’interface, qui se trouvaient sur des puces séparées du microprocesseur, sont désormais incorporés dans le microprocesseur, ce qui contribue de manière significative à la réduction de la taille et du poids des appareils.
Utilisations des microprocesseurs
Les microprocesseurs sont utilisés dans presque tous les appareils qui nécessitent des opérations arithmétiques et de contrôle.
Dans les systèmes informatiques, des microprocesseurs de différentes tailles sont installés dans tous les appareils, des superordinateurs aux ordinateurs haute performance à usage professionnel et grand public, en passant par les ordinateurs portables, les smartphones et les terminaux tablettes.
On les trouve également dans une large gamme d’appareils grand public et professionnels : téléphones portables, smartphones, téléviseurs, enregistreurs et divers appareils audio, ainsi que des voitures, motos et divers instruments de mesure à usage professionnel. Bon nombre des microprocesseurs de ces appareils sont également appelés micro-ordinateurs à puce unique. Ils intègrent également du matériel périphérique et d’autres composants optimisés pour le domaine et l’utilisation, contribuant ainsi à la miniaturisation des appareils.
Principe des microprocesseurs
Les microprocesseurs effectuent des opérations et des contrôles en lisant des instructions dans la mémoire, puis en les décodant et en les exécutant. Plus précisément, ils effectuent les opérations suivantes :
- Extraction : lecture des instructions de la mémoire.
- Décodage : décodage de l’instruction lue.
- Exécution : exécution des opérations et des commandes en fonction des instructions décodées.
- Réécriture : écriture des résultats d’une opération dans la mémoire ou sur des périphériques.
En répétant les étapes 1 à 4 ci-dessus, il est possible d’exécuter, par exemple, des feuilles de calcul, des écrans vidéo et la régulation de la température ambiante.
Choisir un microprocesseur
Les microprocesseurs sont disponibles en différents modèles pour différentes applications, comme suit. Les microprocesseurs peuvent être divisés en deux catégories : les microprocesseurs pour PC et les microprocesseurs pour applications embarquées.
1. Pour PC
Les microprocesseurs pour PC ont une puissance de traitement élevée et peuvent traiter des utilisations et des données volumineuses grâce à leur grande capacité de mémoire. De plus, s’ils fonctionnent sous Windows, de nombreuses applications peuvent être utilisées et les coûts de développement peuvent être réduits. Toutefois, les coûts de production de masse tendent à être plus élevés que pour les applications embarquées.
2. Pour une utilisation embarquée
Les dispositifs embarqués sont relativement peu coûteux. Ils sont en effet équipés de fonctions d’entrée/sortie telles que des fonctions de temporisation, des convertisseurs AD et des convertisseurs D/A. Cependant, leur capacité de traitement est inférieure à celle des PC. De plus, les applications ne sont pas disponibles, il est donc nécessaire de déterminer l’ampleur du développement logiciel.
Autres informations sur les microprocesseurs
1. Différences entre les microprocesseurs et les UC
Les CPU (anglais : Central Processing Unit) sont similaires aux microprocesseurs.
Fondamentalement, les microprocesseurs et les UC sont la même chose : ils sont la partie centrale d’un ordinateur qui est responsable du traitement ; les UC font partie des microprocesseurs parce qu’elles sont des unités de traitement constituées de circuits intégrés, ce qui est la définition d’un microprocesseur.
Historiquement, aux stades embryonnaires de la technologie informatique, les ordinateurs étaient de grande taille et les unités centrales de traitement se composaient de nombreuses unités. Au fur et à mesure que la technologie s’est développée, des microprocesseurs ont été créés et intégrés dans des circuits intégrés. Ils sont aujourd’hui couramment utilisés comme unités centrales de traitement. Toutefois, étant donné que d’autres microprocesseurs, tels que les GPU, existent également dans le domaine de l’informatique, il est trompeur d’appeler une unité centrale un microprocesseur. C’est pourquoi, ces dernières années, il est plus courant de les appeler CPU.
2. Nombre de bits et fréquence de fonctionnement des microprocesseurs
Les microprocesseurs disposent d’une quantité fixe de données qui peuvent être traitées en une seule opération selon une norme. Au départ, seuls 4 bits pouvaient être traités. Ces dernières années, les 64 bits sont devenus monnaie courante.
Dans le passé, les systèmes d’exploitation tels que Windows étaient conçus pour les microprocesseurs 32 bits, mais ces dernières années, on est passé à des systèmes d’exploitation 64 bits. Comme les deux ne sont pas compatibles, les logiciels conçus pour les 32 bits ne peuvent pas être utilisés sur les systèmes 64 bits. La transition a donc pris beaucoup de temps.
De plus, les microprocesseurs fonctionnent en interne selon des signaux périodiques appelés signaux d’horloge. De la sorte, plus la fréquence des signaux est élevée, plus ils fonctionnent rapidement. Les microprocesseurs fonctionnant dans la classe des GHz sont courants dans les produits modernes. Ils peuvent effectuer un milliard d’opérations par seconde.