Qu'est-ce qu'un CPU? Le CPU ou Unité centrale de traitementest le cerveau de calcul d'un ordinateur. Tout ce qu'un ordinateur fait, de jouer 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 de procéder sont, bien sûr, beaucoupplus compliqués 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.
L'historique (extrêmement) court des processeurs
L'histoire de l'informatique est longue et complexe. Il remonte également plus loin dans l'histoire que la technologie numérique, l'électronique ou même l'électricité. Un abaque est une sorte de processeur. Il en va de même pour les calculatrices mécaniques. La grande différence est que ces machines ne peuvent effectuer qu'une ou quelques tâches mathématiques. Ce ne sont pas des processeurs à usage général, dont le CPU moderne est un exemple.
Ce qui fait du CPU un appareil de calcul à usage général, c'est l'utilisation de la logique. En 1903, Nikola Tesla a breveté des circuits électriques appelés portes et interrupteurs. À l'aide de ces circuits, vous pouvez créer des périphériques qui effectuent des opérations logiques, où vous pouvez demander à la machine d'agir dans certaines conditions.
Du milieu à la fin des années 40, William Shockley, John Bardeen et Walter Brattain ont inventé et breveté un dispositif appelé transistor, alors qu'ils travaillaient chez Bell Laboratories. Le transistor est l'élément de base d'un CPU. Les transistors sont des composants informatiques relativement petits. Le transistor est une invention si importante que les trois inventeurs ont reçu un prix Nobel pour cela.
À la fin des années 50, Robert Noyce et Jack Kilby sont allés encore plus loin et ont créé le premier circuit intégré fonctionnel. Un circuit intégré est un ensemble de circuits électroniques intégrés dans une seule pièce de matériau semi-conducteur. Dans la plupart des cas, ce matériau est du silicium. C'est ce que les gens veulent dire quand ils disent «micropuce».
In_content_1 all: [300x250] / dfp: [640x360]->Un CPU se compose d'une ou plusieurs micropuces. Il s'agit d'une invention importante car des milliards de transistors peuvent être regroupés dans un seul processeur. 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 changé. De nos jours, les micropuces sont partout, pas seulement votre ordinateur. Et les processeurs sont les puces universelles les plus avancées que nous puissions faire.
Comment fonctionnent les CPU?
Le principe entier d'un CPU est basé sur le code binaire. Les êtres humains ont tendance à représenter les nombres en utilisant un système appelé base 10ou le système décimal. Les valeurs de position de chaque chiffre d'un nombre augmentent d'un facteur dix. "111" en contient donc cent dix et un.
Les ordinateurs et leurs processeurs ne peuvent pas du tout comprendre la base 10. Les transistors fonctionnent sur le principe de l'état passant ou non. Ce qui signifie que les portes logiques que vous construisez à partir d'elles ne peuvent également fonctionner qu'avec ces deux états. C'est pourquoi, fondamentalement, les CPU fonctionnent sur du code binaire. Ce système numérique a des valeurs de position différentes. Au lieu de cela, si 1, 10, 100, 1000 et ainsi de suite, les valeurs de position sont 1,2,4,8,16,32,64,128 et ainsi de suite.
Donc en binaire "111" serait 7 en nombres décimaux puisque vous ajoutez 1,2 et 4 ensemble. Si l'un des nombres est un zéro, il vous suffit de le sauter et d'ajouter la valeur de position du 1 suivant. De cette façon, vous pouvez exprimer n'importe quelle valeur décimale. Notez simplement que les nombres binaires sont souvent lus de droite à gauche, donc la valeur de position "1" serait à l'extrême droite.
Mettons-le dans un tableau pour le rendre clair:
Pouvez-vous voir pourquoi cela correspond au nombre 7 en décimal? Faisons le numéro 23:
Donc 111 est "7", mais "11101" est 23 parce que la cinquième place en binaire est 16. Assez cool, non? Vous pouvez exprimer tout nombre possible qui peut être écrit en décimal de cette façon. Ce qui signifie que les ordinateurs construits à partir de transistors peuvent également fonctionner avec n'importe quel nombre.
Comment sont fabriqués les processeurs?
Le processus de production des processeurs 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 semi-conductrices le rendent idéal pour la construction d'un circuit intégré binaire.
Ces gros cristaux sont coupés en fines tranches. Les plaquettes sont ensuite «dopées» avec un autre produit chimique pour affiner ses propriétés. Les circuits à l'échelle nanométrique sont ensuite gravés dans la surface de la plaquette à l'aide de la lumière en utilisant un processus appelé photolithographie.
Conception et performances du processeur
Les processeurs ne sont pas tous rendu égal. 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 possède un peu plus de 1,7 milliardde transistors. Plus les circuits logiques d'un CPU sont denses, plus le nombre d'instructions qu'il peut exécuter par cycle d'horloge est complexe et élevé.
Attendez, "cycle d'horloge"? Oui, c'est l'autre composant majeur des performances du processeur. Un processeur fonctionne à une fréquence particulière, à chaque impulsion de l'horloge du processeur un cycle de calculs est effectué. Si vous prenez le même processeur et doublez sa vitesse d'horloge, alors (en théorie) il devrait fonctionner deux fois plus vite.
Le processeur Intel 8086 de 1978 fonctionnait à 5 MHz lors de son lancement. Cela fait cinq millions de cycles d'horloge par seconde. L'Intel i9-9900K? Il commenceà 3,6 Ghz. Cela fait 3600 Mhz, avec la possibilité d'augmenter les choses jusqu'à 5000 Mhz lorsque cela est possible.
Pour ajouter encore une autre ride aux performances du CPU, les processeurs modernes contiennent en fait plusieurs «cœurs». Chaque cœur est en fait un CPU indépendant lui-même. De nos jours, il est typique d’avoir au moins quatre cœurs de ce type, mais ces derniers temps, la norme veut que les ordinateurs traditionnels aient six ou huit cœurs. Les ordinateurs professionnels haut de gamme peuvent avoir environ 100 cœurs de processeur.
Le fait d'avoir plusieurs cœurs signifie que le processeur peut exécuter plusieurs ensembles d'instructions en parallèle. Ce qui signifie que nos ordinateurs peuvent faire plusieurs choses à la fois sans problème. Certains processeurs ont des cœurs «multithread». Ces cœurs peuvent eux-mêmes gérer chacun deux tâches distinctes. Dans les processeurs Intel, cela s'appelle «hyper-Threading ».
Ainsi, les performances totales d'un CPU se résument à une combinaison de:
Il y a, bien sûr, plus que ces quatre points principaux. Cependant, ce sont les quatre considérations principales pour faire un CPU bien fonctionner.
Le rôle du CPU dans votre ordinateur
La dernière chose que nous devons couvrir est ce que travail que le CPU joue dans votre ordinateur. Ce n'est, après tout, pas la seule puce à circuit intégré de votre ordinateur. Par exemple, les GPU (unités de traitement graphique) sont souvent encore plus denses aux transistors qu'un processeur.
Ils ont besoin de leur propre refroidissement et 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 trafic audio, USB et disque dur. Alors pourquoi le CPU est-il spécial? Ce sont les principales raisons:
En bref, le CPU est le plus important à usage général composante de performance de votre ordinateur. Ne le prenez pas pour acquis!