Unité centrale de traitement ou CPU: De quoi s’agit-il, à quoi sert-il et quels types existe-t-il?

L’ unité centrale de traitement d’un ordinateur en est le composant le plus important. Il est chargé, principalement et comme son nom l’indique, de traiter tout type d’information et de proposer les ports totalement nécessaires pour que des périphériques puissent y être connectés.

Le processeur, comme on l’appelle dans le monde informatique, est composé d’une série de composants qui, ensemble, font fonctionner l’ordinateur correctement. Ces micro- unités sont l’ unité arithmétique-logique (UAL) et l’ unité de contrôle (UC). L’union des deux est ce que l’on appelle un microprocesseur, un processeur (ou plutôt un ensemble de dizaines de processeurs) de dimensions réduites.

Dans ce texte, nous allons essayer de résoudre tous les doutes qui surgissent sur le concept d’unité centrale de traitement, les caractéristiques de ses composants et son fonctionnement. De plus, nous allons définir les processeurs connus et d’autres informations curieuses sur ce concept, comme par exemple en quoi il diffère d’une unité graphique ou d’un GPU .

Qu’est-ce qu’un processeur et à quoi sert-il en informatique?

Comme indiqué initialement, l’unité centrale de traitement (processeur, CPU ou CPU) est la partie la plus importante d’un ordinateur et des autres appareils qui l’incluent, comme par exemple une smart TV ou un smartphone. En fait, c’est le lieu où se déroulent toutes les procédures liées à l’information .

Celui-ci a une structure basée sur un circuit intégré appelé microprocesseur, qui peut changer et change entre les différentes marques d’ordinateurs qui existent sur le marché.

C’est un appareil qui interprète une série d’instructions contenues dans un programme, ou qui sont définies dans les entrées et qui lancent l’exécution du processus de données.

Il remplit différentes fonctions:

• Exécution de programmes . Il veille à ce que leurs instructions soient prises en compte pour leur mise en service et leur mise en service.
• Programmation . Il fait référence à la compréhension de toutes les fonctions du système grâce à une préparation préalable d’organigramme. Ainsi, la saturation du système est évitée et ce qu’il peut supporter à tout moment au niveau du disque et de la mémoire est contrôlé.
• Communication avec toutes les unités d’entrée-sortie . L’accord entre chacune des unités est fait, de sorte que les périphériques puissent répondre sans s’effondrer entre eux et, généralement, immédiatement.
• Stockage primaire . Cela équivaut à une bonne gestion de la mémoire, afin que les programmes aient l’espace nécessaire pour qu’ils puissent fonctionner correctement est contrôlé, en l’attribuant à chacun qui en a besoin en fonction de ses caractéristiques et de l’utilisation qui leur est donnée à tout moment. .

Evolution du concept CPU

Dans les premiers ordinateurs existants, les unités centrales de traitement étaient conçues pour fonctionner avec un ordinateur beaucoup plus grand. Pour cette raison, les machines fonctionnaient avec des mécanismes mécaniques très simples. En fait, au début, ces ordinateurs ont dû être recâblés pour pouvoir effectuer différentes tâches.

Les premiers ordinateurs à avoir des processeurs étaient des ordinateurs à programme stocké . Ceci a été établi avec le modèle ENIAC créé en 1945 et dont l’architecture a été préparée par le mathématicien qui a marqué le monde de l’informatique, John Von Neumann.

L’objectif de cet équipement était d’effectuer des opérations de différents types stockées dans la mémoire de l’ordinateur, ce qui impliquait qu’aucune modification physique ne devait être apportée au câblage de l’ordinateur pour éviter de prendre du temps et des efforts et de provoquer des erreurs.

Au départ, des unités centrales de traitement personnalisées ont été créées, mais ce n’est pas très opérationnel et, pour cette raison, la standardisation des processeurs pour répondre à divers objectifs a longtemps été envisagée . Cela a été rendu possible par l’émergence du circuit intégré (IC), qui a permis aux processeurs de devenir de plus en plus complexes dans de petits espaces.

Il faut s’habituer à l’idée qu’aujourd’hui on trouve des microprocesseurs partout, des voitures et camions aux mobiles ou aux jouets pour enfants. Le début des améliorations pour ce type d’unités a commencé avec l’apparition du transistor dans les années 1950 . Avec lui, des processeurs plus complexes pourraient être créés sur des cartes de circuits imprimés.

Ceux qui sont basés sur des circuits intégrés sont appelés dispositifs d’intégration à petite échelle (SSI). Ceux-ci contenaient des transistors toujours multiples de dix. Les complets nécessitaient des milliers de puces individuelles, mais consommaient un minimum d’espace .

En 1964, IBM a introduit l’architecture System / 360 , qui permettait à une série d’ordinateurs d’exécuter le même programme à des vitesses différentes. Par conséquent, même si les ordinateurs étaient incompatibles les uns avec les autres, l’architecture était la même. À ce moment-là, il a été constaté que les transistors permettaient au processeur de fonctionner à des vitesses beaucoup plus élevées en raison du temps de commutation qu’il leur offrait.

Au fil du temps, le concept d’un microprocesseur pour processeurs réalisé avec un petit nombre de circuits intégrés est apparu; généralement un seul. La diminution de la taille a accéléré les temps de commutation. Pour cette raison, la conception, la complexité et la taille n’ont pas beaucoup changé au fil des ans une fois que ce micro-élément est apparu.

Composants et caractéristiques de la CPU de l’ordinateur Quelles parties matérielles le composent?

L’unité centrale de traitement est constituée d’une série de composants que nous définirons séparément pour connaître l’étendue de ses fonctionnalités:

Unité de contrôle

C’est l’un des blocs qui composent la CPU. Sa fonction principale est de rechercher des instructions en mémoire, de les décoder et de les exécuter via l’unité de traitement. En d’autres termes, l’UC est l’ensemble complet de circuits qui contrôle le flux de données qui se produit dans le processeur.

Il existe de nombreux composants dans ce bloc. Ceux-ci sont:

• Enregistrement d’instructions . Lieu où l’instruction est stockée pendant le temps où elle est exécutée.
• Compteur de programmes . Contient l’adresse mémoire de la prochaine instruction à exécuter.
• Contrôleur et décodeur . Interprétez l’instruction en extrayant le code de l’opération à effectuer.
• Horloge . Il fournit des impulsions électriques à des intervalles avec une certaine constance.
• Séquenceur . Il génère des microcommandes nécessaires à l’exécution d’une instruction.

Unité de traitement

C’est un autre des blocs les plus importants de cet élément. Sa fonction consiste à exécuter toutes les tâches passées par l’unité de contrôle .

Pour mener à bien ces processus, vous avez besoin de l’aide des éléments décrits ci-dessous:

• Unité à virgule flottante . Il est utilisé pour effectuer des opérations mathématiques avec des nombres réels.
• Unité arithmétique-logique (ALU) . Il est utilisé pour effectuer des opérations arithmétiques de base, des fonctions logiques, des comparaisons ou des rotations de bits.
• Enregistrement de statut . Il garde quelques indicateurs sur le résultat des opérations qui ont été effectuées.
• Registre d’accumulateur . Préserve les opérandes et les résultats des opérations.

Registres

Un registre est une mémoire haute vitesse intégrée au processeur lui-même. Il sert à conserver temporairement les données et à pouvoir accéder aux valeurs les plus utilisées. En fait, c’est le meilleur moyen pour le système de préserver les données. Les registres sont mesurés par le nombre de bits qu’ils permettent de stocker. Si votre ordinateur est, par exemple, 64 bits, cela indique que les registres 64 bits sont autorisés à être stockés.

Les types d’enregistrements existants sont les suivants:

• Registres à virgule flottante . Ils stockent les données sous forme de virgule flottante.
• Enregistrements constants . Ils ont des valeurs créées pour être utilisées en mode lecture seule. Ils sont élaborés lors de la création du matériel lui-même.
• Enregistrements de données . Ils préservent les nombres entiers.
• Registres de mémoire . Ils ne stockent que les adresses mémoire.
• Enregistrements à des fins spécifiques . Ils contiennent des informations sur l’état du système, comme un pointeur de pile.
• Enregistrements à usage général . Ils conservent à la fois les données et les adresses. Ils sont principalement utilisés dans l’architecture de Von Neumann qui, en revanche, est typique.

Bus entrant et sortant

Le bus est utilisé pour transporter des données entre les composants d’un ordinateur. Ce sont des indices sur un circuit intégré qui peuvent être transférés de deux manières:

• Parallèle . Le bus permet la transmission de plusieurs bits en même temps.
• Série . Le bus ne peut transférer les données que bit par bit sur un seul câble de transmission d’informations.

Dans les premiers ordinateurs, les bus fonctionnaient toujours en parallèle, mais ces dernières années, ils ont été remplacés par des bus série. Bien que ces derniers soient plus difficiles à mettre en œuvre, la vitesse de transfert qu’ils atteignent est beaucoup plus élevée.

Comment fonctionne un CPU?

Il effectue plusieurs opérations, mais ce qui ressort le plus est l’ exécution de programmes . Les programmes, vus de l’intérieur, sont un ensemble d’instructions qui sont représentées par des nombres qui sont stockés dans la mémoire de l’ordinateur avant d’être exécutés. Tous les systèmes d’architecture Von Neumann exécutent quatre étapes pour effectuer leurs opérations. Ce sont la lecture, le décodage, l’exécution et l’écriture .

FETCH (Lire)

Au cours de cette étape, l’instruction représentée par une séquence de nombres est collectée en mémoire.

Le compteur de programmes (PC, à ne pas confondre avec un ordinateur personnel ou un ordinateur personnel) est chargé de stocker l’adresse mémoire là où se trouvent ces instructions.

Après lecture, le PC augmente pour changer de position et se localiser dans l’unité de mémoire où se trouve l’adresse de la prochaine instruction à exécuter. Dans ce cas, une mémoire lente est utilisée et sa vitesse de réponse est liée à la mémoire cache et au processeur de l’ordinateur.

DECODE (décoder)

Une fois que nous avons l’instruction, elle est divisée en différentes parties qui seront interprétées par les unités de traitement. Une partie des nombres indique l’opération à effectuer (opcode) et les parties suivantes correspondent à des informations liées à l’exécution de ladite opération. Par exemple, si l’instruction est une somme, il sera nécessaire de comprendre l’opérateur qui indique la somme et les opérandes à ajouter.

Ceux-ci peuvent être définis par une valeur ou par une adresse mémoire, d’où proviennent les données à ajouter. Dans les processeurs plus complexes, un microprogramme a été créé qui traduit les instructions , de sorte que le décodage devient quelque chose de plus simple.

EXECUTER (Exécuter)

Au moment où cette étape arrive, le processeur se connecte avec ses unités impliquées dans l’instruction pour que l’opération demandée dans le programme puisse être effectuée .

Lorsque l’opération d’addition que nous avons commentée précédemment est effectuée, l’unité arithmétique-logique (ALU) est connectée pour effectuer les opérations, avec les entrées et les sorties où se trouvent les nombres à ajouter et l’endroit où le résultat est placé .

WRITEBACK (écriture)

Dans cette étape, seuls les résultats de l’instruction exécutée sont écrits . Ceux-ci peuvent être conservés dans la mémoire volatile ou conservés dans la mémoire principale , ce qui peut être un peu plus lent.

Après avoir terminé la dernière étape, le processus est répété avec le cycle d’instructions suivant pour pouvoir lire le suivant et incrémenter le compteur de programme. Dans les processeurs complexes, plusieurs instructions peuvent être lues une par une, puis peuvent être exécutées.

Combien de types d’unités centrales de traitement existe-t-il?

Il existe plusieurs types d’unité centrale de traitement, qui sont classés en fonction du nombre de cœurs dont il dispose:

Processeur monocœur

Cela s’appelle le cœur du processeur. Il est apparu au début des concepts de l’informatique. C’était un processeur avec un seul cœur, où l’exécution des tâches de base était très lente , se déroulant une par une, bien qu’à l’époque, comme vous pouvez l’imaginer d’après ce que nous avons déjà commenté, c’était un équipement révolutionnaire qui permettait de réduire considérablement le pourcentage d’erreurs ainsi que la dérivation de ressources vers d’autres tâches.

Processeurs double cœur

C’était une véritable avancée dans le monde de la technologie: combiner deux cœurs dans un processeur ; Ce n’était pas une tâche facile. La surcharge du système de gestion doit être contrôlée, ce qui ne permet pas de doubler la vitesse d’un processeur.

Ils étaient utilisés dans des environnements multitâches car, dans celui-ci, les programmes et les threads se battent pour le temps processeur. Si un deuxième noyau existe, l’un des threads s’exécuterait sur une machine et l’autre sur l’autre. Ce CPU offre des performances 75% plus élevées qu’un processeur monocœur , ne pouvant parler d’une performance qui double. Bien sûr, cela fonctionne deux tâches et le fait plus rapidement.

Processeur quadricœur

C’est un type de processeur appelé quadcore. Il est composé de quatre cœurs et est beaucoup plus rapide que les deux modèles précédents. Il est capable d’effectuer plusieurs tâches à grande vitesse.

En général, c’est le type de processeur que l’on retrouve dans les téléphones mobiles de moyenne et moyenne gamme.

Processeur à six et huit cœurs

Ce sont ceux actuellement utilisés dans les ordinateurs. Ils sont capables d’ exécuter un grand nombre de tâches exigeantes avec une vitesse étonnante . En fonction de leur capacité, ils peuvent effectuer six à huit tâches principales en même temps sans que l’expérience utilisateur soit terne.

Quelles différences trouvons-nous entre un CPU et un GPU?

Il est normal que vous vous posiez la question car les deux sont des éléments d’équipement informatique et leurs noms sont très similaires.

Commençons par vous faire savoir que, dans les deux cas, on parle d’unités de traitement. Cela signifie que le but des deux est le même: traiter .

Cependant, la différence est claire:

• L’ unité centrale de traitement est en charge, de manière redondante, de traiter toutes sortes d’actes et d’informations, de nature générale, travaillant en série . Vous pouvez travailler avec des éléments graphiques. Le nombre de processus qu’il charge est plus petit.
• Le GPU fonctionne spécifiquement dans le traitement des éléments graphiques , c’est-à-dire image et vidéo, et il le fait en parallèle, selon le modèle environnant . Cela signifie soustraire la charge du processeur , qui est libre de travailler sur le reste des éléments. Pour cette raison, il est intéressant d’investir du temps, c’est de choisir une bonne carte graphique pour que le processeur ne s’effondre pas, quelle que soit sa qualité. Il contient beaucoup plus de processus, mais ils doivent être spécifiques.

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