Qu'est-ce qu'un processeur et que fait-il?

Qu'est-ce qu'un processeur? Le processeur ou Unité de traitement centraleest le cerveau de nombres d'un ordinateur. Tout ce qu'un ordinateur fait, de jouer à des jeux vidéo à vous aider à écrire un essai, est décomposé en un ensemble d'instructions mathématiques. Le CPU prend ces instructions et les exécute. 

Les détails de la façon dont cela fait est, bien sûr, beaucoup plus compliqué que cette simple explication. La chose la plus importante que vous devez savoir est que le CPU est le principal moteur mathématique d'un ordinateur.

À la fin des années 1950, Robert Noyce et Jack Kilby sont allés plus loin et ont créé le premier travail circuit intégré. Un circuit intégré est un ensemble de circuits électroniques intégrés dans un seul morceau de matériau semi-conducteur. Dans la plupart des cas, ce matériau est le silicium. C'est ce que les gens signifient quand ils disent «micropuce».

Un processeur se compose d'une ou plusieurs micropuces. Il s'agit d'une invention importante car des milliards de transistors peuvent être emballés dans un seul CPU. Cela crée des moteurs mathématiques incroyablement puissants.

En utilisant les inventions des portes logiques, des transistors et des circuits intégrés, le monde entier a été modifié. Les micropuces sont dans tout ces jours-ci, pas seulement votre ordinateur. Et les processeurs sont les micropuces à usage général les plus avancées que nous pouvons faire.

Comment fonctionnent les processeurs?

Le principe entier d'un processeur est basé sur code binaire. Les êtres humains ont tendance à représenter des nombres à l'aide d'un système appelé base 10 ou le système décimal. Les valeurs de lieu de chaque chiffre d'un nombre augmentent d'un facteur dix. Donc «111» contient cent, dix et un.

Les ordinateurs et leurs processeurs ne comprennent pas du tout la base 10. Les transistors travaillent sur le principe d'être sur ou désactivé. Ce qui signifie que les portes logiques que vous en construisez ne peuvent également travailler qu'avec ces deux états. C'est pourquoi, fondamentalement, les processeurs fonctionnent code binaire. Ce système de nombre a des valeurs de place différentes. Au lieu de cela, si 1, 10, 100, 1000 et ainsi de suite, les valeurs de lieu sont de 1,2,4,8,16,32,64,128 et ainsi de suite.

Ainsi, en binaire «111» serait 7 en chiffres décimaux puisque vous ajoutez 1,2 et 4 ensemble. Si l'un des nombres est un zéro, vous le sautez simplement et ajoutez la valeur de lieu du prochain 1. De cette façon, vous pouvez exprimer toute valeur décimale. Notez simplement que les nombres binaires sont souvent lus de droite à gauche, donc la valeur du lieu «1» serait à l'extrême droite.

Mettons-le dans une table pour le rendre clair:

Pouvez-vous voir pourquoi cela s'ajoute au numéro 7 en décimal? Faisons le numéro 23:

Donc 111 est «7», mais «11101» est 23 car la valeur de la cinquième place en binaire est de 16. Assez cool, juste? Vous pouvez exprimer tout numéro possible qui peut être écrit en décimal de cette façon. Ce qui signifie que les ordinateurs construits à partir de transistors peuvent également travailler avec tous les chiffres.

Comment les CPU sont-ils fabriqués?

Le processus de production des CPU modernes est également, comme vous vous en doutez, assez complexe. Le processus de base implique la croissance de grands cylindres de cristal de silicium. Ses propriétés de semi-conducteurs le rendent idéal pour construire un circuit intégré binaire.

Ces gros cristaux sont tranchés en fines tranches. Les plaquettes sont ensuite «dopées» avec un autre produit chimique pour affiner ses propriétés. Le circuit nano-échelle est ensuite gravé dans la surface de la plaquette en utilisant la lumière en utilisant un processus appelé photolithographie.

Conception et performances du processeur

Les CPU ne sont pas tous rendus égaux. Le premier ancêtre propre du CPU moderne, l'Intel 8086, avait environ 29 000 transistors dans son circuit intégré. Aujourd'hui, un processeur comme l'Intel I99900K en a un peu plus de 1.7 milliard transistors. Plus les circuits logiques d'un CPU sont denses, plus le nombre d'instructions est complexe et élevé qu'il peut effectuer par cycle d'horloge.

Accrochez-vous, «cycle d'horloge»? Oui, c'est l'autre composant majeur de la performance du processeur. Un processeur fonctionne à une fréquence particulière, chaque impulsion de l'horloge du CPU Un cycle de calculs est effectué. Si vous prenez le même processeur et que vous doublez sa vitesse d'horloge, alors (en théorie), il devrait fonctionner deux fois plus rapidement.

Cet Intel 8086 de 1978 a fonctionné à 5 MHz lorsqu'il a été lancé. C'est cinq millions de cycles d'horloge par seconde. L'Intel i9-9900K? Il départs à 3.6 GHz.Ce 3600 MHz, avec la possibilité de ramper les choses jusqu'à 5000 MHz lorsque cela est possible.

Pour ajouter une autre ride aux performances du processeur, les processeurs modernes contiennent en fait plusieurs «cœurs». Chaque noyau est en fait un processeur indépendant lui-même. Il est typique d'avoir au moins quatre de ces cœurs ces jours-ci, mais ces derniers temps, la norme a été pour les ordinateurs traditionnels d'avoir six ou huit cœurs. Les ordinateurs professionnels haut de gamme peuvent avoir dans la région de 100 cœurs CPU.

Avoir plusieurs cœurs signifie que le CPU peut effectuer plusieurs ensembles d'instructions en parallèle. Ce qui signifie que nos ordinateurs peuvent faire beaucoup de choses à la fois sans problème. Certains processeurs ont des noyaux «multithread». Ces noyaux peuvent eux-mêmes gérer deux tâches distinctes. Dans Intel CPU, cela est qualifié de «hyperthreading».

Ainsi, la performance totale d'un processeur se résume à une combinaison de:

• Son nombre total de transistors et à quel point la conception de ses circuits logiques est avancée
• La fréquence d'horloge
• Le nombre de cœurs
• Le nombre de fils

Il y a, bien sûr, plus que ces quatre points principaux. Cependant, ce sont les quatre principales considérations pour que le CPU fonctionne bien.

Le rôle du CPU dans votre ordinateur

La dernière chose que nous devons couvrir est le travail que le CPU joue dans votre ordinateur. Il n'est pas, après tout, pas la seule micropuce de circuit intégré dans votre ordinateur. Par exemple, les GPU (unités de traitement des graphismes) sont souvent encore plus denses d'un transistor qu'un processeur.

Ils ont besoin de leur propre refroidissement et de leur alimentation, ainsi que de la mémoire. C'est comme un petit ordinateur supplémentaire! La même chose peut être dite pour les puces qui contrôlent votre son, USB et votre trafic de disque dur. Alors pourquoi le CPU est-il spécial? Ce sont les principales raisons:

• Il peut traiter n'importe quelle instruction, un GPU ne fait que certains types de traitement
• Il relie tous les autres composants ensemble, en poussant et en tirant des données pour faire fonctionner votre ordinateur
• Le CPU est impliqué dans tous les travaux que l'ordinateur est invité à faire dans une certaine mesure

En bref, le CPU est le composant de performance à usage général le plus important de votre ordinateur. Ne le prenez pas pour acquis!