Le premier microprocesseur (Intel 4004) a été inventé en 1972.
Depuis, la puissance des microprocesseurs augmente exponentiellement. Quels
sont donc ces petits morceaux de silicium qui dirigent nos ordinateurs?
Le processeur (CPU) est le cerveau de l'ordinateur, c'est lui qui coordine
le reste des éléments, il se charge des calculs, bref il exécute les instructions
qui ont été programmées.
Toutes ces opérations sont des informations numériques.
Les microprocesseurs utilisent des petits transistors (équivalents transistors)
pour faire des opérations de base; il y en a plusieurs millions sur un seul
processeur.
Les éléments principaux d'un microprocesseur sont:
Une horloge qui rythme le processeur. A chaque TOP d'horloge le processeur
effectue une instruction, ainsi plus l'horloge a une fréquence élevée, plus
le processeur effectue d'instructions par seconde (MIPS: Millions d'instruction
par seconde).
Par exemple un ordinateur ayant une fréquence de 100 Mhz effectue 100 000
000 d'instructions par seconde
Une unité de gestion des bus qui gère les flux d'informations entrant et
sortant
Une unité d'instruction qui lit les données arrivant, les décode puis les
envoie à l'unité d'exécution.
Une unité d'exécution qui accomplit les tâches que lui a donné l'unité d'instruction.
Le processeur travaille en fait grâce à un nombre très limité de fonctions
(ET logique, Ou logique, addition ...), celles-ci sont directement câblées sur
les circuits électroniques. Il est impossible de mettre toutes les instructions
sur un processeur car celui-ci est limité par la taille de la gravure, ainsi
pour mettre plus d'instructions il faudrait un processeur ayant une très grande
surface, or le processeur est constitué de silicium et le silicium coûte cher,
d'autre part il chauffe beaucoup. Le processeur traite donc les informations
compliquées à l'aide d'instructions simples.
Le parallèlisme consiste à exécuter simultanément sur des processeurs différents
des instructions relatives à un même programme. Cela se traduit par le découpage
d'un programme en plusieurs processus qui seront traités par des processeurs
différents dans le but de gagner en temps d'exécution. Cela nécessite toutefois
une communication entre les différents processus. C'est le même principe de
fonctionnement que dans une entreprise: le travail est divisé en petits processus
traités par des services différents et qui ne servent à rien si la communication
entre les services ne fonctionne pas (ce qui est généralement le cas dans les
entreprises...).
Le pipelining est un principe simple à comprendre. Un programme comporte généralement
des portions de code (plus ou moins grandes) qui sont traitées de nombreuses
fois par le processeur. Le pipelining consiste donc à éviter d'avoir à réitérer
de nombreuses fois des instructions que l'on a déjà traitées en fournissant
directement le résultat!
L'architecture CISC (Complex Instruction Set Computer, ce qui signifie
"ordinateur avec jeu d'instructions complexes") est utilisée par tous les processeurs
de type x86, c'est-à-dire les processeurs fabriqués par Intel, AMD, Cyrix, ...
Les processeurs basés sur l'architecture CISC peuvent traiter des instructions
complexes, qui sont directement câblées sur leurs circuits électroniques, c'est-à-dire
que certaines instructions difficiles à créer à partir des instructions de base
sont directement imprimées sur le silicium de la puce afin de gagner en rapidité
d'exécution sur ces commandes.
L'inconvénient de ce type d'architecture provient justement du fait que des
fonctions supplémentaires sont imprimées sur le silicium, d'où un coût élevé.
D'autre part, les instructions sont de longueurs variables et peuvent parfois
prendre plus d'un cycle d'horloge ce qui les rend lentes à l'exécution étant
donné qu'un processeur basé sur l'architecture CISC ne peut traîter qu'une instruction
à la fois!
Contrairement à l'architecture CISC, un processeur utilisant la technologie
RISC (Reduced Instruction Set Computer, dont la traduction est "ordinateur
à jeu d'instructions réduit") n'a pas de fonctions supplémentaires câblées.
Cela impose donc des programmes ayant des instructions simples interprétables
par le processeur. Cela se traduit par une programmation plus difficile et un
compilateur plus puissant. Cependant vous vous dîtes qu'il peut exister des
instructions qui ne peuvent pas être décrites à partir des instructions simples...
En fait ces instructions sont tellement peu nombreuses qu'il est possible de
les câbler directement sur le circuit imprimer sans alourdir de manière dramatique
leur fabrication.
L'avantage d'une telle architecture est bien évidemment le coût réduit au niveau
de la fabrication des processeurs l'utilisant. De plus, les instructions, étant
simples, sont exécutées en un cycle d'horloge, ce qui rend l'exécution des programmes
plus rapides qu'avec des processeurs basés sur une architecture CISC.
De plus, de tels processeurs sont capables de traîter plusieurs instructions
simultanément en les traitant en parallèle.
A comparer les spécificités des deux types d'architecture on pourrait conclure
que les processeurs basé sur une architecture de type RISC sont les plus utilisés...
Cela n'est malheureusement pas le cas... En effet les ordinateurs construits
autour d'une architecture RISC nécessitent une quantité de mémoire plus importante
que les ordinateurs de type CISC
