Dans nos PC (Personal Computer), il n'y a pas un mais des processeurs. En effet, il existe de nombreux processeurs qui gèrent indépendamment : la carte son, la carte graphique, la carte SCSI, etc... C'est le microprocesseur ou CPU (Central Processor Unit) qui est chargé de traiter toutes les informations de ces composants. Le microprocesseur est donc l'élément le plus important de tout PC.

Qu'est-ce que le Loi de Moore ? Comment fabrique-t-on un processeur ? Comment fonctionne-t-il ? De quoi est-il composé ? Quelles sont les limitations physiques actuelles ? Quelles en sont leurs solutions ? Quelles sont leurs principales innovations ?
Ooouf ! Voilà beaucoup de questions auxquels je vais tenter d'apporter des réponses.

LOI DE MOORE

Lors de la préparation de son discours en 1965, Gordon Moore (un des Présidents d'Intel) fit une remarque qui reste toujours d'actualité. Selon lui, le nombre de transistors des processeurs devrait doubler tous les 18 mois et permettre ainsi une croissance exponentielle régulière des performances. Cette loi s'est vérifiée au fil du temps, et elle permet d'avoir un bon ordre de grandeur des performances des futurs processeurs.

COMMENT LES FABRIQUE-T-ON ?

La matière de base pour fabriquer un processeur est un semi-conducteur : le silicium (extrait du sable). Il est purifié et mis sous forme de galette (appelée Wafer, en photo à gauche) de très fine épaisseur. A partir de cette galette de silicium, on réalise une photolithographie :

- On sensibilise le silicium à la lumière grâce à une pellicule « photon-résistive ».
- Les circuits électroniques sont ensuite dessinés et marqués sur le silicium par une source lumineuse.
- On trempe l'ensemble dans un bain révélateur pour faire apparaître les circuits électroniques.
- On répète l'opération autant de fois que le nombre de couches du processeur.
- Enfin, le processeur est recouvert d'une protection céramique ou plastique.

Les microprocesseurs sont ensuite testés un par un et classés en fonction de leur aptitude à supporter une certaine fréquence de fonctionnement. C'est ainsi qu'on leurs attribut une fréquence.

FONCTIONNEMENT D'UN MICROPROCESSEUR

. Fonctionnement interne

Le microprocesseur est un composant électronique complexe composé de millions de transistors. Il gère les données et les commandes à exécuter de nos PC. Pour cela, il reçoit et renvoie ces données et ces commandes par du courant électrique. Les données et les commandes qui sont exécutées par les processeurs sont codées en langage binaire. Le langage binaire (voir l'article consacré sur ce sujet) est composée de 0 et de 1. Ces 0 et 1 sont appelés des bits.

L'horloge interne (ou la fréquence) d'un processeur fait vibrer un quartz. Son unité de mesure est le Hertz (Hz). Un processeur dit cadencé à une fréquence de 500 MHz signifie donc que le quartz produit 500 millions d'impulsions par seconde. L'intervalle de temps entre chaque impulsion est appelé période. Pendant chaque impulsion, la naissance, ou non, d'un courant électrique permet au processeur de déterminer la valeur d'un bit : 0 signifiant que le courant ne passe pas, 1 que le courant passe. Ainsi, au bout de X périodes, le processeur crée un code composé d'une suite de X bits (suite de 0 et de 1).

Remarque : La période (en seconde) étant l'inverse de la fréquence (en Hz), il en résulte que cette période varie en fonction de la fréquence du processeur : la période est d'autant plus petite que la fréquence du processeur est grande.

. Fonctionnement externe

Le microprocesseur utilise un bus cadencé a une fréquence (dite externe) comprise actuellement entre 66 et 200 MHz, en fonction du microprocesseur. Le bus permet à celui-ci de communiquer avec les autres composants du PC. Mais, y a-t-il un rapport entre la fréquence externe et la fréquence interne ? Et bien oui, car c'est à partir de la fréquence externe et d'un coefficient multiplicateur (nombre compris généralement entre 3 et 8, augmentant par paliers de 0,5) qu'est déterminé la fréquence interne. Par exemples : pour obtenir 500 MHz avec un processeur utilisant un bus 100 MHz, il est nécessaire d'avoir le coefficient multiplicateur 5 (5 x 100 MHz = 500 MHz) ; pour obtenir 600 MHz avec un bus 133 MHz, il faut un coefficient multiplicateur de 4,5 (4,5 x 133 = 600 MHz).

Suite >> Composition d'un microprocesseur >>