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

La partie la plus importante de votre ordinateur, si vous deviez en choisir une seule, serait l’unité centrale de traitement (CPU). C’est le concentrateur principal (ou «cerveau») et il traite les instructions provenant des programmes, du système d’exploitation ou d’autres composants de votre PC.

1 et 0

Grâce à des processeurs plus puissants, nous sommes passés de la possibilité à peine d’afficher une image sur un écran d’ordinateur à Netflix, au chat vidéo, au streaming et aux jeux vidéo de plus en plus réalistes.

Le CPU est une merveille d’ingénierie, mais, à la base, il repose toujours sur le concept de base de l’interprétation des signaux binaires (1 et 0). La différence maintenant est qu’au lieu de lire des cartes perforées ou de traiter des instructions avec des ensembles de tubes à vide, les processeurs modernes utilisent de minuscules transistors pour créer des vidéos TikTok ou remplir des nombres sur une feuille de calcul.

Les bases du CPU

Les logos Intel Core i3, i5 et i7.

La fabrication de CPU est compliquée. Le point important est que chaque CPU a du silicium (une ou plusieurs pièces) qui abrite des milliards de transistors microscopiques.

Comme nous l’avons mentionné précédemment, ces transistors utilisent une série de signaux électriques (courant «on» et courant «off») pour représenter le code binaire de la machine, composé de 1 et de 0. Parce qu’il y a tellement de ces transistors, les processeurs peuvent effectuer des tâches de plus en plus complexes à des vitesses plus élevées qu’auparavant.

Le nombre de transistors ne signifie pas nécessairement qu’un processeur sera plus rapide. Cependant, c’est toujours une raison fondamentale pour laquelle le téléphone que vous portez dans votre poche a beaucoup plus de puissance de calcul que, peut-être, la planète entière quand nous sommes d’abord allés sur la lune.

Avant d’aller plus loin dans l’échelle conceptuelle des processeurs, parlons de la manière dont un processeur exécute des instructions basées sur le code machine, appelées «jeu d’instructions». Les processeurs de différentes sociétés peuvent avoir différents jeux d’instructions, mais pas toujours.

La plupart des PC Windows et des processeurs Mac actuels, par exemple, utilisent le jeu d’instructions x86-64, qu’il s’agisse d’un processeur Intel ou AMD. Cependant, les Mac qui feront leurs débuts à la fin de 2020 auront des processeurs basés sur ARM, qui utilisent un jeu d’instructions différent. Il existe également un petit nombre de PC Windows 10 utilisant des processeurs ARM.

Bientôt: Qu’est-ce que le binaire et pourquoi les ordinateurs l’utilisent-ils?

Cœurs, caches et graphiques

Un diagramme d'Intel Silicon, avec les cœurs et les autres sections du processeur étiquetés.

Maintenant, regardons le silicium lui-même. Le diagramme ci-dessus provient d’un livre blanc d’Intel publié en 2014 sur l’architecture CPU de l’entreprise pour le Core i7-4770S. Ceci n’est qu’un exemple de ce à quoi ressemble un processeur – d’autres processeurs ont des dispositions différentes.

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Nous pouvons voir qu’il s’agit d’un processeur à quatre cœurs. Il fut un temps où un processeur n’avait qu’un seul cœur. Maintenant que nous avons plusieurs cœurs, ils traitent les instructions beaucoup plus rapidement. Les cœurs peuvent également avoir quelque chose appelé hyper-threading ou multi-threading simultané (SMT), ce qui fait qu’un noyau ressemble à deux pour le PC. Comme vous pouvez l’imaginer, cela permet d’accélérer encore plus les temps de traitement.

Les cœurs de ce diagramme partagent quelque chose appelé le cache L3. Il s’agit d’une forme de mémoire intégrée à l’intérieur du processeur. Les processeurs ont également des caches L1 et L2 contenus dans chaque cœur, ainsi que des registres, qui sont une forme de mémoire de bas niveau. Si vous souhaitez comprendre les différences entre les registres, les caches et la RAM système, consultez cette réponse sur StackExchange.

Le processeur illustré ci-dessus contient également l’agent système, le contrôleur de mémoire et d’autres parties du silicium qui gèrent les informations entrant et sortant du processeur.

Enfin, il y a les graphiques intégrés du processeur, qui génèrent tous ces merveilleux éléments visuels que vous voyez sur votre écran. Tous les processeurs ne contiennent pas leurs propres capacités graphiques. Les processeurs de bureau AMD Zen, par exemple, nécessitent une carte graphique distincte pour afficher quoi que ce soit à l’écran. Certains processeurs de bureau Intel Core n’incluent pas non plus de graphiques intégrés.

Le processeur sur la carte mère

Un processeur dans sa prise de carte mère sans refroidisseur monté sur le dessus.

Maintenant que nous avons regardé ce qui se passe sous le capot d’un processeur, voyons comment il s’intègre au reste de votre PC. Le processeur se trouve dans ce qu’on appelle un socket sur la carte mère de votre PC.

Une fois qu’il est inséré dans le socket, d’autres parties de l’ordinateur peuvent se connecter au processeur via quelque chose appelé «bus». La RAM, par exemple, se connecte au processeur via son propre bus, tandis que de nombreux composants PC utilisent un type de bus spécifique, appelé «PCIe».

Chaque CPU dispose d’un ensemble de «voies PCIe» qu’il peut utiliser. Les processeurs Zen 2 d’AMD, par exemple, ont 24 voies qui se connectent directement au processeur. Ces voies sont ensuite divisées par les fabricants de cartes mères avec l’aide d’AMD.

Par exemple, 16 voies sont généralement utilisées pour un emplacement de carte graphique x16. Ensuite, il y a quatre voies pour le stockage, comme un périphérique de stockage rapide, comme un SSD M.2. Alternativement, ces quatre voies peuvent également être séparées. Deux voies pourraient être utilisées pour le SSD M.2 et deux pour un disque SATA plus lent, comme un disque dur ou un SSD de 2,5 pouces.

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Cela fait 20 voies, les quatre autres étant réservées au chipset, qui est le centre de communication et le contrôleur de trafic de la carte mère. Le chipset dispose alors de son propre jeu de connexions de bus, ce qui permet d’ajouter encore plus de composants à un PC. Comme vous vous en doutez, les composants les plus performants ont une connexion plus directe au processeur.

Comme vous pouvez le voir, le processeur effectue la majeure partie du traitement des instructions et parfois même le travail graphique (s’il est conçu pour cela). Le processeur n’est cependant pas le seul moyen de traiter les instructions. D’autres composants, tels que la carte graphique, ont leurs propres capacités de traitement intégrées. Le GPU utilise également ses propres capacités de traitement pour travailler avec le processeur et exécuter des jeux ou effectuer d’autres tâches gourmandes en graphiques.

La grande différence est que les processeurs de composants sont construits avec des tâches spécifiques à l’esprit. Le processeur, cependant, est un appareil polyvalent capable de faire n’importe quelle tâche informatique qui lui est demandée. C’est pourquoi le processeur règne en maître à l’intérieur de votre PC, et le reste du système en dépend pour fonctionner.

Moyens Staff
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