Les principaux périphériques de l'ordinateur « vivent » dans l'unité centrale. Ceux-ci incluent : la carte mère, le processeur, la carte vidéo, la RAM, le disque dur. Mais à l'extérieur, généralement sur la table, des appareils informatiques non moins importants « vivent » également. Tels que : moniteur, souris, clavier, haut-parleurs, imprimante.

Dans cet article, nous examinerons, de quoi est constitué un ordinateur ?à quoi ressemblent ces appareils, quelle fonction ils remplissent et où ils se trouvent.

Unité système.

Dans la première catégorie, nous analyserons les périphériques, ou également appelés composants, qui sont « cachés » dans l'unité centrale. Ce sont les plus importants pour son œuvre. À propos, vous pouvez immédiatement examiner l'unité centrale. Ce n'est pas difficile. Il suffit de dévisser les deux boulons à l'arrière de l'unité centrale et de déplacer le couvercle sur le côté, et nous verrons alors une vue des périphériques les plus importants de l'ordinateur, que nous allons maintenant considérer dans l'ordre.

Une carte mère est un circuit imprimé conçu pour connecter les principaux composants d’un ordinateur. Certains d'entre eux, par exemple un processeur ou une carte vidéo, sont installés directement sur la carte mère elle-même dans un emplacement dédié. Et l'autre partie des composants, par exemple un disque dur ou une alimentation, est connectée à la carte mère à l'aide de câbles spéciaux.

Un processeur est un microcircuit et en même temps le « cerveau » d'un ordinateur. Pourquoi? Parce qu'il est responsable de l'exécution de toutes les opérations. Plus le processeur est performant, plus il effectuera ces mêmes opérations rapidement et, par conséquent, l'ordinateur fonctionnera plus rapidement. Le processeur, bien sûr, affecte la vitesse de l'ordinateur, et même grandement, mais la vitesse du PC dépendra également de votre disque dur, de votre carte vidéo et de votre RAM. Ainsi, le processeur le plus puissant ne garantit pas une plus grande vitesse de l’ordinateur si les composants restants sont déjà obsolètes.

3. Carte vidéo.

Une carte vidéo, ou autrement une carte graphique, est conçue pour afficher des images sur un écran de moniteur. Il est également installé sur la carte mère, dans un connecteur spécial PSI-Express. Plus rarement, une carte vidéo peut être intégrée à la carte mère elle-même, mais sa puissance n'est le plus souvent suffisante que pour les applications bureautiques et la navigation sur Internet.

La RAM est une bande rectangulaire, semblable à une cartouche d’anciennes consoles de jeux. Il est destiné au stockage temporaire des données. Par exemple, il stocke le presse-papiers. Nous avons copié du texte sur le site et il est immédiatement entré dans la RAM. Les informations sur les programmes en cours d'exécution, le mode veille de l'ordinateur et d'autres données temporaires sont stockées dans la RAM. Une particularité de la RAM est que les données qu'elle contient sont complètement supprimées après la mise hors tension de l'ordinateur.

Un disque dur, contrairement à la RAM, est conçu pour le stockage de fichiers à long terme. Autrement appelé disque dur. Il stocke les données sur des plaques spéciales. Les disques SSD se sont également répandus récemment.

Leurs caractéristiques incluent une vitesse de fonctionnement élevée, mais il existe un inconvénient immédiat : ils sont coûteux. Un disque SSD de 64 Go vous coûtera le même prix qu'un disque dur de 750 Go. Pouvez-vous imaginer combien coûtera un SSD de plusieurs centaines de gigaoctets ? Waouh, Waouh ! Mais ne vous inquiétez pas, vous pouvez acheter un disque SSD de 64 Go et l'utiliser comme lecteur système, c'est-à-dire y installer Windows. On dit que la vitesse de travail augmente plusieurs fois. Le système démarre très rapidement, les programmes volent. Je prévois de passer à un SSD et de stocker des fichiers réguliers sur un disque dur traditionnel.

Un lecteur de disque est nécessaire pour travailler avec des disques. Bien qu’il soit utilisé beaucoup moins fréquemment, il ne fera toujours pas de mal sur les ordinateurs de bureau. Au minimum, le lecteur sera utile pour installer le système.

6. Systèmes de refroidissement.

Le système de refroidissement est constitué de ventilateurs qui refroidissent les composants. Généralement, trois refroidisseurs ou plus sont installés. Assurez-vous d'en avoir un sur le processeur, un sur la carte vidéo et un sur l'alimentation, puis comme vous le souhaitez. Si quelque chose est chaud, il est conseillé de le refroidir. Des ventilateurs sont également installés sur les disques durs et dans le boîtier lui-même. Si le refroidisseur du boîtier est installé sur le panneau avant, il évacue la chaleur et les refroidisseurs installés sur le compartiment arrière fournissent de l'air froid au système.

La carte son transmet le son aux haut-parleurs. Il est généralement intégré à la carte mère. Mais il arrive soit qu'il tombe en panne et soit donc acheté séparément, soit qu'au départ le propriétaire du PC n'est pas satisfait de la qualité du système standard et achète un autre système audio. En général, une carte son a également le droit de figurer sur cette liste d'appareils PC.

Une alimentation électrique est nécessaire pour que tous les appareils informatiques décrits ci-dessus fonctionnent. Il fournit à tous les composants la quantité d’électricité nécessaire.

8. Corps

Et pour mettre quelque part la carte mère, le processeur, la carte vidéo, la RAM, le disque dur, le lecteur de disquette, la carte son, l'alimentation et éventuellement quelques composants supplémentaires, nous avons besoin d'un boîtier. Là, tout cela est soigneusement installé, vissé, connecté et commence le quotidien, de l'allumage à l'extinction. La température requise est maintenue dans le boîtier et tout est protégé contre les dommages.

En conséquence, nous obtenons une unité système à part entière, avec tous les périphériques informatiques les plus importants nécessaires à son fonctionnement.

Périphériques.

Eh bien, pour commencer pleinement à travailler sur l'ordinateur et ne pas regarder l'unité système « bourdonnante », nous aurons besoin de périphériques. Ceux-ci incluent les composants informatiques qui se trouvent en dehors de l'unité centrale.

Un moniteur est naturellement nécessaire pour voir avec quoi nous travaillons. La carte vidéo fournit l'image au moniteur. Ils sont connectés entre eux à l'aide d'un câble VGA ou HDMI.

Le clavier est conçu pour saisir des informations, et bien sûr, quel genre de travail existe-t-il sans un clavier complet. Pour taper du texte, jouer à des jeux, surfer sur Internet et partout où vous avez besoin d'un clavier.

3. Souris.

La souris est nécessaire pour contrôler le curseur sur l'écran. Déplacez-le dans différentes directions, cliquez, ouvrez des fichiers et des dossiers, appelez diverses fonctions et bien plus encore. Tout comme sans clavier, vous ne pouvez pas vivre sans souris.

4. Haut-parleurs.

Les haut-parleurs sont principalement nécessaires pour écouter de la musique, regarder des films et jouer à des jeux. Qui d'autre utilise aujourd'hui les haut-parleurs plus que les utilisateurs ordinaires les reproduisent quotidiennement dans ces tâches.

Une imprimante et un scanner sont nécessaires pour imprimer et numériser des documents et tout ce qui est nécessaire dans le domaine de l'impression. Ou MFP, appareil multifonction. Il sera utile à tous ceux qui impriment souvent quelque chose, numérisent quelque chose, font des photocopies et effectuent de nombreuses autres tâches avec cet appareil.

Dans cet article, nous n'avons que brièvement passé en revue les principaux appareils informatiques, et dans d'autres, liens vers lesquels vous voyez ci-dessous, nous examinerons en détail tous les périphériques les plus populaires, ainsi que les composants qui font partie de l'unité centrale, c'est-à-dire les composants.

Bonne lecture !

Presque tout le monde sait que dans un ordinateur, l'élément principal parmi tous les composants « durs » est le processeur central. Mais le cercle de personnes qui comprennent le fonctionnement d’un processeur est très limité. La plupart des utilisateurs n’en ont aucune idée. Et même lorsque le système commence soudainement à ralentir, beaucoup pensent que c'est le processeur qui ne fonctionne pas bien et n'attachent pas d'importance aux autres facteurs. Pour bien comprendre la situation, examinons certains aspects du CPU.

Qu'est-ce qu'une unité centrale de traitement ?

De quoi est composé le processeur ?

Si nous parlons du fonctionnement d'un processeur Intel ou de son concurrent AMD, il faut regarder comment ces puces sont conçues. Le premier microprocesseur (d'ailleurs, il s'agissait d'Intel, modèle 4040) est apparu en 1971. Il ne pouvait effectuer que les opérations d’addition et de soustraction les plus simples en traitant seulement 4 bits d’informations, c’est-à-dire qu’il avait une architecture de 4 bits.

Les processeurs modernes, comme les premiers-nés, sont basés sur des transistors et sont beaucoup plus rapides. Ils sont réalisés par photolithographie à partir d'un certain nombre de tranches de silicium individuelles qui constituent un monocristal dans lequel sont imprimés des transistors. Le circuit est créé sur un accélérateur spécial utilisant des ions bore accélérés. Dans la structure interne des processeurs, les principaux composants sont des cœurs, des bus et des particules fonctionnelles appelées révisions.

Principales caractéristiques

Comme tout autre appareil, le processeur est caractérisé par certains paramètres qui ne peuvent être ignorés lorsqu'on répond à la question de savoir comment fonctionne le processeur. Tout d'abord ceci :

• nombre de cœurs ;
• nombre de fils ;
• taille du cache (mémoire interne) ;
• fréquence d'horloge ;
• vitesse des pneus.

Pour l'instant, concentrons-nous sur la fréquence d'horloge. Ce n’est pas pour rien que le processeur est appelé le cœur de l’ordinateur. Comme le cœur, il fonctionne en mode pulsation avec un certain nombre de battements par seconde. La fréquence d'horloge est mesurée en MHz ou en GHz. Plus il est élevé, plus l'appareil peut effectuer d'opérations.

À quelle fréquence le processeur fonctionne, vous pouvez le découvrir à partir de ses caractéristiques déclarées ou consulter les informations dans Mais lors du traitement des commandes, la fréquence peut changer et lors de l'overclocking (overlocking), elle peut augmenter jusqu'à des limites extrêmes. Ainsi, la valeur déclarée n'est qu'un indicateur moyen.

Le nombre de cœurs est un indicateur qui détermine le nombre de centres de traitement du processeur (à ne pas confondre avec les threads - le nombre de cœurs et de threads peut ne pas être le même). Grâce à cette répartition, il est possible de rediriger les opérations vers d'autres cœurs, augmentant ainsi les performances globales.

Comment fonctionne un processeur : traitement des commandes

Parlons maintenant un peu de la structure des commandes exécutables. Si vous regardez le fonctionnement d'un processeur, vous devez clairement comprendre que toute commande comporte deux composants : un opérationnel et un opérande.

La partie opérationnelle spécifie ce que le système informatique doit faire à ce moment-là ; l'opérande spécifie ce sur quoi le processeur doit travailler. De plus, le cœur du processeur peut contenir deux centres de calcul (conteneurs, threads), qui divisent l'exécution d'une commande en plusieurs étapes :

• production;
• décryptage;
• exécution de commandes ;
• accéder à la mémoire du processeur lui-même
• sauvegarder le résultat.

Aujourd'hui, une mise en cache séparée est utilisée sous la forme de l'utilisation de deux niveaux de mémoire cache, ce qui évite l'interception par deux ou plusieurs commandes d'accès à l'un des blocs de mémoire.

En fonction du type de traitement des commandes, les processeurs sont divisés en linéaires (exécution des commandes dans l'ordre dans lequel elles sont écrites), cycliques et ramifiés (exécution des instructions après traitement des conditions de branchement).

Opérations effectuées

Parmi les principales fonctions assignées au processeur, au niveau des commandes ou instructions exécutées, on distingue trois tâches principales :

• opérations mathématiques basées sur un dispositif arithmétique-logique ;
• déplacer des données (informations) d'un type de mémoire à un autre ;
• prendre une décision sur l'exécution d'une commande et, sur cette base, choisir de passer à l'exécution d'autres ensembles de commandes.

Interaction avec la mémoire (ROM et RAM)

Dans ce processus, les composants à prendre en compte sont le bus et le canal de lecture-écriture, qui sont connectés aux périphériques de stockage. La ROM contient un ensemble constant d'octets. Tout d'abord, le bus d'adresse demande un octet spécifique à la ROM, puis le transfère au bus de données, après quoi le canal de lecture change d'état et la ROM fournit l'octet demandé.

Mais les processeurs peuvent non seulement lire les données de la RAM, mais aussi les écrire. Dans ce cas, le canal d'enregistrement est utilisé. Mais, si vous y regardez, dans l'ensemble, les ordinateurs modernes pourraient, en théorie purement, se passer de RAM, car les microcontrôleurs modernes sont capables de placer les octets de données nécessaires directement dans la mémoire de la puce du processeur elle-même. Mais il n'y a aucun moyen de se passer de ROM.

Entre autres choses, le système démarre à partir du mode de test matériel (commandes BIOS), et ensuite seulement le contrôle est transféré au système d'exploitation en cours de chargement.

Comment vérifier si le processeur fonctionne ?

Examinons maintenant certains aspects de la vérification des performances du processeur. Il faut bien comprendre que si le processeur ne fonctionnait pas, l'ordinateur ne pourrait pas du tout démarrer le chargement.

C'est une autre affaire lorsqu'il faut regarder l'indicateur d'utilisation des capacités du processeur à un moment donné. Cela peut être fait à partir du « Gestionnaire des tâches » standard (en face de tout processus, il est indiqué le pourcentage de charge du processeur qu'il fournit). Pour déterminer visuellement ce paramètre, vous pouvez utiliser l'onglet performances, où les modifications sont suivies en temps réel. Les paramètres avancés peuvent être consultés à l'aide de programmes spéciaux, par exemple CPU-Z.

De plus, vous pouvez utiliser plusieurs cœurs de processeur à l'aide de (msconfig) et de paramètres de démarrage supplémentaires.

Problèmes possibles

Enfin, quelques mots sur les problèmes. De nombreux utilisateurs demandent souvent pourquoi le processeur fonctionne mais le moniteur ne s'allume pas ? Cette situation n'a rien à voir avec le processeur central. Le fait est que lorsque vous allumez un ordinateur, la carte graphique est testée en premier, et ensuite seulement tout le reste. Le problème réside peut-être précisément dans le processeur de la puce graphique (tous les accélérateurs vidéo modernes ont leurs propres processeurs graphiques).

Mais en prenant l'exemple du fonctionnement du corps humain, il faut comprendre qu'en cas d'arrêt cardiaque, le corps tout entier meurt. Idem avec les ordinateurs. Le processeur ne fonctionne pas - tout le système informatique « meurt ».

Le processeur est l’élément principal de tout appareil informatique. Mais de nombreux utilisateurs comprennent très mal ce qu'est un processeur dans un ordinateur et quelle fonction il remplit. Bien que dans le monde moderne, il s’agisse d’informations importantes, sachant que vous pouvez éviter de nombreuses idées fausses graves. Si vous souhaitez en savoir plus sur la puce qui alimente votre ordinateur, vous êtes au bon endroit. Dans cet article, vous apprendrez à quoi sert un processeur et comment il affecte les performances de l'ensemble de l'appareil.

Qu'est-ce qu'une unité centrale de traitement

Dans ce cas, nous parlons du processeur central. Après tout, l'ordinateur en a d'autres, par exemple un processeur vidéo.

L'unité centrale de traitement est la partie principale de l'ordinateur, qui est une unité électronique ou un circuit intégré. Il exécute des instructions machine, ou code de programme, et constitue le matériel principal de l'appareil.

En termes simples, c'est le cœur et le cerveau de l'ordinateur. C'est grâce à lui que tout le reste fonctionne, il traite les flux de données et gère le fonctionnement de toutes les parties du système global.

Si vous regardez physiquement le processeur, il s’agit d’un petit circuit imprimé mince et carré. Il est de petite taille et recouvert d'un couvercle en métal.

La partie inférieure de la puce est occupée par des contacts par lesquels le chipset interagit avec le reste du système. En ouvrant le capot de l'unité centrale de votre ordinateur, vous pourrez facilement retrouver le processeur, à moins qu'il ne soit couvert par le système de refroidissement.

Jusqu'à ce que le processeur émette la commande appropriée, l'ordinateur ne sera pas en mesure d'effectuer même l'opération la plus simple, par exemple l'ajout de deux nombres. Quoi que vous souhaitiez faire sur votre PC, chaque action implique d'accéder au processeur. C'est pourquoi il s'agit d'un composant si important d'un ordinateur.

Les processeurs centraux modernes sont capables non seulement de faire face à leurs tâches principales, mais peuvent également remplacer partiellement une carte vidéo. De nouvelles puces sont produites avec un espace séparé pour exécuter les fonctions de contrôleur vidéo.

Ce contrôleur vidéo effectue toutes les actions de base nécessaires à une carte vidéo. Dans ce cas, la RAM est utilisée comme mémoire vidéo. Mais ne vous y trompez pas, un processeur moderne et puissant peut remplacer complètement une carte vidéo.

Même la classe moyenne des cartes vidéo laisse loin derrière le contrôleur vidéo des processeurs. Ainsi, une option informatique sans carte vidéo ne convient qu'aux appareils de bureau qui ne nécessitent pas d'exécution de tâches graphiques complexes.

Dans de tels cas, il existe réellement une possibilité d’économiser de l’argent. Après tout, vous pouvez simplement disposer d'un processeur chipset avec un bon contrôleur vidéo et ne pas dépenser d'argent pour une carte vidéo.

Comment fonctionne le processeur

Il semble que nous ayons compris ce qu'est un processeur. Mais comment ça marche ? C'est un processus long et compliqué, mais une fois qu'on a compris, c'est assez simple. Le principe de fonctionnement du processeur central peut être envisagé par étapes.

Tout d'abord, le programme est chargé dans la RAM, d'où il obtient toutes les informations nécessaires et un ensemble de commandes qui doivent être exécutées par l'unité de contrôle du processeur. Toutes ces données sont ensuite stockées dans la mémoire tampon, appelée cache du processeur.

Les informations sortent du tampon, qui sont divisées en deux types : les instructions et les valeurs. Tous deux finissent dans des registres. Les registres sont des cellules mémoire intégrées au chipset. Ils se déclinent également en deux types, selon le type d'informations qu'ils reçoivent : les registres d'instructions et les registres de données.

L'un des composants du processeur est une unité arithmétique-logique. Il s'agit d'effectuer des transformations d'informations à l'aide de calculs arithmétiques et logiques.

C'est là que vont les données des registres. Après cela, l'unité arithmétique-logique lit les données entrantes et exécute les commandes nécessaires au traitement des nombres résultants.

Nous voici à nouveau confrontés à une scission. Les résultats finaux sont divisés en achevés et inachevés. Ils retournent dans les registres et ceux terminés vont dans la mémoire tampon.

Le cache du processeur se compose de deux niveaux principaux : supérieur et inférieur. Les commandes et données les plus récentes sont envoyées au cache supérieur, et celles qui ne sont pas utilisées vont au cache inférieur.

C'est-à-dire que toutes les informations situées au troisième niveau sont transférées au deuxième, à partir duquel, à leur tour, les données vont au premier. Au contraire, les données inutiles sont envoyées au niveau inférieur.

Une fois le cycle de calcul terminé, ses résultats sont à nouveau enregistrés dans la RAM de l'ordinateur. Cela permet de garantir que le cache du processeur est libéré et disponible pour de nouvelles opérations.

Mais parfois, des situations surviennent lorsque la mémoire tampon est complètement pleine et qu'il n'y a plus de place pour de nouvelles opérations. Dans ce cas, les données qui ne sont pas actuellement utilisées vont dans la RAM ou vers le niveau inférieur de la mémoire du processeur.

Types de processeurs

Après avoir compris le principe de fonctionnement du CPU, il est temps de comparer ses différents types. Il existe de nombreux types de processeurs. Il existe à la fois des modèles monocœurs faibles et des appareils puissants dotés de plusieurs cœurs. Il y a ceux qui sont destinés exclusivement au travail de bureau, et il y a ceux qui sont nécessaires aux jeux les plus modernes.

Il existe actuellement deux principaux créateurs de processeurs : AMD et Intel. Ce sont eux qui produisent les puces les plus actuelles et les plus demandées. Vous devez comprendre que la différence entre les puces de ces deux sociétés ne réside pas dans le nombre de cœurs ou les performances globales, mais dans l'architecture.

Autrement dit, les produits de ces deux sociétés sont construits selon des principes différents. Et chaque créateur possède son propre type de processeur, qui a une structure différente de celle de son concurrent.

Il convient de noter que les deux options ont leurs forces et leurs faiblesses. Par exemple, Intel diffère sur les points suivants avantages :

• Moins de consommation d'énergie ;
• La plupart des créateurs de matériel se concentrent spécifiquement sur l'interaction avec les processeurs Intel ;
• Les performances de jeu sont plus élevées ;
• Intel interagit plus facilement avec la RAM de l'ordinateur ;
• Les opérations qui nécessitent un seul programme sont effectuées plus rapidement sur Intel.

En même temps, il y a aussi les leurs inconvénients :

• En règle générale, les chipsets Intel sont plus chers que leurs homologues AMD ;
• Lorsque vous travaillez avec plusieurs programmes lourds, les performances diminuent ;
• Les cœurs graphiques sont plus faibles que ceux du concurrent.

AMD diffère comme suit avantages:

• Bien meilleur rapport qualité/prix ;
• Capable d'assurer un fonctionnement fiable de l'ensemble du système ;
• Il est possible d'overclocker le processeur, augmentant sa puissance de 10 à 20 % ;
• Cœurs graphiques intégrés plus puissants.

Cependant, la DMLA est inférieure dans les paramètres suivants :

• L'interaction avec la RAM est pire ;
• Plus d'énergie est dépensée pour le fonctionnement du processeur ;
• La fréquence de fonctionnement aux deuxième et troisième niveaux de mémoire tampon est plus faible ;
• Les performances de jeu sont inférieures.

Même s’il y a des avantages et des inconvénients, les entreprises continuent de produire les meilleurs processeurs. Il vous suffit de choisir celui qui vous convient le mieux. Après tout, il est impossible de dire sans équivoque qu’une entreprise est meilleure qu’une autre.

Principales caractéristiques

Ainsi, nous avons déjà compris que l'une des principales caractéristiques d'un processeur est son développeur. Mais il existe un certain nombre de paramètres auxquels vous devez prêter encore plus attention lors de l'achat.

Ne nous éloignons pas trop de la marque et mentionnons qu'il existe différentes séries de puces. Chaque fabricant produit ses propres lignes dans différentes catégories de prix, créées pour différentes tâches. Un autre paramètre connexe est l’architecture du processeur. En fait, ce sont ses organes internes, dont dépend tout le fonctionnement de la puce.

Le paramètre le plus évident, mais très important, n'est pas le socket. Le fait est que sur le processeur lui-même, le socket doit coïncider avec le socket correspondant sur la carte mère.

Sinon, vous ne pourrez pas combiner ces deux composants essentiels d’un ordinateur. Ainsi, lors de l'assemblage d'une unité centrale, vous devez soit acheter une carte mère et rechercher un chipset, soit vice versa.

Il est maintenant temps de déterminer quelles caractéristiques du processeur affectent ses performances. Sans aucun doute, le principal est la vitesse de l’horloge. Il s'agit du volume d'opérations pouvant être effectuées dans une certaine unité de temps.

Cet indicateur est mesuré en mégahertz. Alors, qu’est-ce que la vitesse d’horloge de la puce affecte ? Puisqu'il indique le nombre d'opérations dans un certain temps, il n'est pas difficile de deviner que la vitesse de l'appareil en dépend.

Un autre indicateur important est la quantité de mémoire tampon. Comme mentionné précédemment, il peut être supérieur et inférieur. Cela affecte également les performances du processeur.

Un processeur peut avoir un ou plusieurs cœurs. Les modèles multicœurs sont plus chers. Mais qu’est-ce que le nombre de cœurs affecte ? Cette caractéristique détermine la puissance de l'appareil. Plus il y a de cœurs, plus l’appareil est puissant.

Conclusion

Le processeur central joue non seulement l'un des rôles les plus importants, mais on pourrait même dire le rôle principal dans le fonctionnement de l'ordinateur. Les performances de l'ensemble de l'appareil, ainsi que les tâches pour lesquelles il peut généralement être utilisé, en dépendront.

Mais cela ne signifie pas qu’il soit nécessaire d’acheter le processeur le plus puissant pour un ordinateur moyen. Choisissez le modèle optimal qui répondra à vos exigences.

Le processeur est la puce principale d'un ordinateur. En règle générale, il s’agit également de l’un des composants PC les plus high-tech et les plus coûteux. Bien que le processeur soit un appareil distinct, sa structure comporte un grand nombre de composants responsables d'une fonction spécifique. Quelles sont leurs spécificités ?

Processeur : fonctions et historique de l'appareil

Le composant PC, que l'on appelle désormais communément processeur central, se caractérise par une histoire d'origine plutôt intéressante. Par conséquent, afin de comprendre ses spécificités, il sera utile d’examiner quelques faits clés sur l’évolution de son développement. L'appareil que les utilisateurs modernes connaissent sous le nom d'unité centrale de traitement est le résultat de nombreuses années d'amélioration des technologies de production de puces informatiques.

Au fil du temps, la vision des ingénieurs sur la structure du processeur a changé. Dans les ordinateurs des première et deuxième générations, les composants correspondants étaient constitués d'un grand nombre de blocs distincts, très différents dans les tâches qu'ils résolvaient. À partir de la troisième génération d’ordinateurs, les fonctions des processeurs ont commencé à être considérées dans un contexte plus restreint. Les ingénieurs en conception informatique ont déterminé qu'il s'agissait de reconnaître et d'interpréter les commandes de la machine, de les saisir dans des registres, ainsi que de contrôler d'autres composants matériels du PC. Toutes ces fonctions ont commencé à être combinées dans un seul appareil.

Microprocesseurs

À mesure que la technologie informatique se développait, des dispositifs appelés « microprocesseurs » ont commencé à être introduits dans la structure du PC. L'un des premiers appareils de ce type fut l'Intel 4004, lancé par une société américaine en 1971. Les microprocesseurs à l'échelle d'une seule puce combinent dans leur structure les fonctions que nous avons définies ci-dessus. Les appareils modernes fonctionnent en principe sur la base du même concept. Ainsi, le processeur central d'un ordinateur portable, PC, tablette contient dans sa structure : un dispositif logique, des registres, ainsi qu'un module de contrôle chargé de fonctions spécifiques. Cependant, dans la pratique, les composants des microcircuits modernes sont le plus souvent présentés dans un ensemble plus complexe. Étudions cette fonctionnalité plus en détail.

Structure des processeurs modernes

Le processeur central d'un PC, d'un ordinateur portable ou d'une tablette moderne est représenté par un cœur - il est désormais considéré comme la norme qu'il y en ait plusieurs, une mémoire cache à différents niveaux, ainsi que des contrôleurs : RAM, bus système. Les performances d'un type de puce donné sont déterminées par ses caractéristiques clés. Dans quelle totalité peuvent-ils être présentés ?

Les caractéristiques les plus importantes du processeur central des PC modernes sont : le type de microarchitecture (généralement indiqué en nanomètres), la vitesse d'horloge (en gigahertz), la quantité de mémoire cache à chaque niveau (en mégaoctets), la consommation électrique (en watts) , et la présence ou l'absence de module graphique.

Étudions plus en détail les spécificités du fonctionnement de certains modules clés du processeur central. Commençons par le noyau.

Cœur du processeur

Le processeur central d’un PC moderne possède toujours un cœur. Il contient les blocs fonctionnels clés du microcircuit, à travers lesquels il exécute les fonctions logiques et arithmétiques nécessaires. En règle générale, ils sont présentés sous forme d'un ensemble d'éléments. Ainsi, la conception du processeur central implique le plus souvent la présence de blocs chargés de résoudre les tâches suivantes :

Récupération et décodage des instructions ;

Échantillonnage de données ;

Suivez les instructions ;

Sauvegarde des résultats des calculs ;

Travailler avec des interruptions.

De plus, la structure des microcircuits du type correspondant est complétée par une unité de contrôle, un dispositif de stockage, un compteur de programme et un ensemble de registres. Examinons plus en détail les spécificités du fonctionnement des composants correspondants.

Cœur du processeur : composants

Parmi les blocs clés du cœur du processeur central se trouve celui qui est responsable de la lecture des instructions écrites à l'adresse enregistrée dans le compteur du programme. En règle générale, plusieurs opérations du type correspondant sont effectuées en même temps au cours d'un cycle d'horloge. Le nombre total d'instructions à lire est prédéterminé par l'indicateur présent dans les blocs de décodage. Le principe principal ici est qu'à chaque cycle d'horloge, les composants marqués sont chargés autant que possible. Afin de garantir le respect de ce critère, des éléments matériels auxiliaires peuvent être présents dans la structure du processeur.

Dans le bloc de décodage, des instructions sont traitées qui déterminent l'algorithme de fonctionnement du microcircuit pour résoudre certains problèmes. Assurer leur fonctionnement est une tâche difficile, comme le pensent de nombreux informaticiens. Cela est dû en partie au fait que la durée de l’enseignement n’est pas toujours clairement définie. Les processeurs modernes comprennent généralement 2 ou 4 blocs dans lesquels le décodage correspondant est effectué.

Concernant les composants chargés de la récupération des données, leur tâche principale est d'assurer la réception des commandes de la mémoire cache ou de la RAM, nécessaires pour assurer l'exécution des instructions. Les cœurs des processeurs modernes contiennent généralement plusieurs blocs du type correspondant.

Les composants de contrôle présents dans la puce reposent également sur des instructions décodées. Ils sont conçus pour contrôler le travail des blocs responsables de l'exécution des instructions, répartir les tâches entre eux et surveiller leur mise en œuvre en temps opportun. Les composants de contrôle appartiennent à la catégorie des plus importants dans la structure des microprocesseurs.

Les cœurs des microcircuits du type correspondant contiennent également des blocs responsables de la bonne exécution des instructions. Leur structure contient des éléments tels qu'une unité arithmétique et logique, ainsi qu'un composant responsable des calculs en virgule flottante.

Il existe des blocs dans les cœurs du processeur qui contrôlent le traitement des jeux d'extensions installés pour les instructions. Ces algorithmes, qui complètent les commandes de base, permettent d'augmenter l'intensité du traitement des données et d'effectuer des procédures de cryptage ou de décryptage de fichiers. La résolution de tels problèmes nécessite l'introduction de registres supplémentaires, ainsi que de jeux d'instructions, dans la structure du cœur du microcircuit. Les processeurs modernes incluent généralement les extensions suivantes : MMX (conçu pour encoder des fichiers audio et vidéo), SSE (utilisé pour paralléliser les calculs), ATA (utilisé pour accélérer les programmes et réduire la consommation d'énergie du PC), 3DNow (étendre les capacités multimédia d'un ordinateur ), AES (cryptage des données), ainsi que de nombreuses autres normes.

La structure des cœurs de processeur contient généralement également des blocs chargés de stocker les résultats dans la RAM conformément à l'adresse contenue dans les instructions.

Un composant important du noyau est celui qui contrôle le fonctionnement d'interruption de la puce. Cette fonction permet au processeur d'assurer la stabilité des programmes lors du multitâche.

Le travail du processeur central implique également l'utilisation de registres. Ces composants sont analogues à la RAM, mais leur accès est plusieurs fois plus rapide. Le volume de la ressource correspondante est petit - en règle générale, il ne dépasse pas un kilo-octet. Les registres sont classés en plusieurs types. Il peut s'agir de composants à usage général utilisés lors de l'exécution de calculs arithmétiques ou logiques. Il existe des registres spéciaux qui peuvent inclure les données système utilisées par le processeur pendant le fonctionnement.

La structure du cœur du processeur contient également divers composants auxiliaires. De quel genre, par exemple ? Il pourrait s'agir d'un capteur qui surveille la température actuelle du processeur. Si ses performances sont supérieures aux normes établies, le microcircuit peut alors envoyer un signal aux modules responsables du fonctionnement des ventilateurs - et ils commenceront à tourner plus rapidement. Il existe un prédicteur de transition dans la structure du noyau - un composant conçu pour déterminer quelles commandes seront exécutées après l'achèvement de certains cycles d'opérations effectués par la puce. Un exemple d'un autre composant important est le compteur de programme. Ce module enregistre l'adresse de l'algorithme correspondant, qui est transmise au microcircuit au moment où il commence à exécuter un cycle particulier.

Il s’agit de la structure du cœur qui fait partie du processeur central de l’ordinateur. Étudions maintenant plus en détail certaines des caractéristiques clés des microcircuits du type correspondant. À savoir : processus technique, fréquence d’horloge, mémoire cache et consommation électrique.

Caractéristiques du processeur : type de processus

Le développement de la technologie informatique est généralement associé à l’émergence de nouvelles générations d’ordinateurs à mesure que les technologies informatiques s’améliorent. Dans le même temps, sans compter les indicateurs de performance, l'un des critères permettant de classer un ordinateur dans une génération particulière peut être sa taille absolue. Les tout premiers ordinateurs étaient de taille comparable à un bâtiment à plusieurs étages. Les ordinateurs de deuxième génération étaient de taille comparable, par exemple, à un canapé ou à un piano. Les ordinateurs du niveau supérieur étaient déjà très proches de ceux qui nous sont familiers aujourd'hui. À leur tour, les PC modernes sont des ordinateurs de quatrième génération.

Au fait, à quoi ça sert tout ça ? Le fait est qu'au cours de l'évolution des ordinateurs, une règle non officielle s'est formée : plus l'appareil est technologiquement avancé, plus ses dimensions sont petites avec les mêmes performances, voire plus. Elle s'applique pleinement aux caractéristiques du processeur central considéré, à savoir le processus technique de sa fabrication. Dans ce cas, la distance entre les cristaux de silicium individuels qui forment la structure du microcircuit est importante. Plus il est petit, plus la densité des éléments correspondants que la carte processeur centrale place sur elle-même est grande. En conséquence, il peut être considéré comme plus productif. Les processeurs modernes sont fabriqués à l'aide de la technologie de traitement 90-14 nm. Cet indicateur a tendance à diminuer progressivement.

Fréquence d'horloge

La vitesse d'horloge du processeur central est l'un des indicateurs clés de ses performances. Il détermine le nombre d’opérations par seconde que la puce peut effectuer. Plus il y en a, plus le processeur et l'ordinateur dans son ensemble sont productifs. On peut noter que ce paramètre caractérise tout d'abord le cœur en tant que module indépendant du processeur central. Autrement dit, s'il y a plusieurs composants correspondants sur la puce, chacun d'eux fonctionnera à une fréquence distincte. Certains informaticiens jugent acceptable de résumer ces caractéristiques pour tous les cœurs. Qu'est-ce que ça veut dire? Si, par exemple, le processeur possède 4 cœurs avec une fréquence de 1 GHz, alors les performances totales du PC, si vous suivez cette méthodologie, seront de 4 GHz.

Composantes de fréquence

L'indicateur considéré est constitué de deux composantes. Premièrement, il s'agit de la fréquence du bus système - elle est généralement mesurée en centaines de mégahertz. Deuxièmement, il s'agit du coefficient par lequel l'indicateur correspondant est multiplié. Dans certains cas, les fabricants de processeurs offrent aux utilisateurs la possibilité d'ajuster les deux paramètres. Dans le même temps, si vous définissez des valeurs suffisamment élevées pour le bus système et le multiplicateur, vous pouvez augmenter considérablement les performances de la puce. C'est ainsi que le processeur est overclocké. Certes, il doit être utilisé avec précaution.

Le fait est que l'overclocking peut augmenter considérablement la température du processeur central. Si le PC ne dispose pas d'un système de refroidissement approprié, cela peut entraîner une défaillance de la puce.

Taille du cache

Les processeurs modernes sont équipés de modules de mémoire cache. Leur objectif principal est de stocker temporairement des données, généralement représentées par un ensemble de commandes et d'algorithmes spéciaux - ceux qui sont le plus souvent utilisés dans le fonctionnement du microcircuit. Qu’est-ce que cela signifie en pratique ? Tout d’abord, la charge du processeur peut être réduite grâce au fait que ces mêmes commandes et algorithmes seront disponibles en ligne. Le microcircuit, ayant reçu des instructions toutes faites de la mémoire cache, ne perd pas de temps à les développer à partir de zéro. En conséquence, l'ordinateur fonctionne plus rapidement.

La principale caractéristique de la mémoire cache est sa taille. Plus il est grand, plus ce module est donc volumineux en termes d'emplacement des instructions et algorithmes mêmes utilisés par le processeur. D'autant plus il est probable que le microcircuit trouvera toujours parmi eux ceux dont il a besoin et fonctionnera plus rapidement. La mémoire cache des processeurs modernes est le plus souvent divisée en trois niveaux. Le premier fonctionne sur la base des microcircuits les plus rapides et les plus high-tech, les autres sont plus lents. Le volume du cache de premier niveau sur les processeurs modernes est d'environ 128 à 256 Ko, le deuxième de 1 à 8 Mo et le troisième peut dépasser 20 Mo.

Consommation d'énergie

Un autre paramètre important du microcircuit est la consommation électrique. L'alimentation du processeur peut nécessiter une consommation d'énergie importante. Les modèles de microcircuits modernes consomment environ 40 à 50 W. Dans certains cas, ce paramètre a une importance économique - par exemple, lorsqu'il s'agit d'équiper les grandes entreprises de plusieurs centaines ou milliers d'ordinateurs. Mais un facteur tout aussi important est la consommation d'énergie en termes d'adaptation des processeurs pour une utilisation sur des appareils mobiles - ordinateurs portables, tablettes, smartphones. Plus l'indicateur correspondant est bas, plus la durée de vie de la batterie de l'appareil sera longue.

Nous parlons du modèle Intel 4004. Il n’était pas puissant et ne pouvait effectuer que des opérations d’addition et de soustraction. Il ne pouvait traiter que quatre bits d'information à la fois (c'est-à-dire qu'il s'agissait de 4 bits). Mais pour l’époque, son apparition fut un événement marquant. Après tout, l’ensemble du processeur tient dans une seule puce. Avant l'Intel 4004, les ordinateurs reposaient sur tout un ensemble de puces ou de composants discrets (transistors). Le microprocesseur 4004 constitue la base de l'une des premières calculatrices portables.

Le premier microprocesseur pour ordinateurs personnels était l'Intel 8080, introduit en 1974. Toute la puissance de traitement d'un ordinateur 8 bits était contenue dans une seule puce. Mais l'annonce du processeur Intel 8088 a été d'une grande importance. Il est apparu en 1979 et a commencé à être utilisé à partir de 1981 dans le premier ordinateur personnel produit en série, le PC IBM.

Ensuite, les processeurs ont commencé à se développer et à devenir plus puissants. Quiconque connaît au moins un peu l'histoire de l'industrie des microprocesseurs se souvient que le 8088 a été remplacé par le 80286. Puis est arrivé le 80386, suivi du 80486. Puis il y a eu plusieurs générations de Pentium : Pentium, Pentium II, III et Pentium 4. Tous ces processeurs Intel basés sur la conception de base 8088. Ils étaient rétrocompatibles. Cela signifie que le Pentium 4 pouvait traiter n'importe quel morceau de code pour le 8088, mais il le faisait à une vitesse environ cinq mille fois supérieure. Peu d’années se sont écoulées depuis, mais plusieurs générations de microprocesseurs ont changé.

Depuis 2004, Intel a commencé à proposer des processeurs multicœurs. Le nombre de transistors utilisés a augmenté de plusieurs millions. Mais même aujourd'hui, le processeur obéit aux règles générales créées pour les premières puces. Le tableau reflète l'histoire des microprocesseurs Intel jusqu'en 2004 (inclus). Nous allons faire quelques explications sur ce que signifient les indicateurs qui y sont reflétés :

• Nom. Modèle de processeur
• Date. Année au cours de laquelle le processeur a été introduit pour la première fois. De nombreux processeurs ont été introduits à plusieurs reprises, à chaque fois que leur vitesse d'horloge était augmentée. Ainsi, la prochaine modification de la puce pourrait être réannoncée même plusieurs années après l'apparition de sa première version sur le marché.
• Transistors (Nombre de transistors). Le nombre de transistors dans la puce. Vous pouvez voir que ce chiffre est en constante augmentation
• Microns (Largeur en microns). Un micron équivaut à un millionième de mètre. La valeur de cet indicateur est déterminée par l'épaisseur du fil le plus fin de la puce. A titre de comparaison, l'épaisseur d'un cheveu humain est de 100 microns
• Vitesse d'horloge. Vitesse maximale du processeur
• Largeur des données. « Capacité en bits » de l'unité arithmétique-logique (ALU) du processeur. Une ALU 8 bits peut additionner, soustraire, multiplier et effectuer d'autres opérations sur deux nombres 8 bits. Une ALU 32 bits peut gérer des nombres 32 bits. Pour ajouter deux nombres de 32 bits, une ALU de huit bits doit exécuter quatre instructions. Une ALU 32 bits peut gérer cette tâche en une seule instruction. Dans de nombreux cas (mais pas tous), la largeur du bus de données externe coïncide avec le « nombre de bits » de l'ALU. Le processeur 8088 avait une ALU 16 bits, mais un bus 8 bits. Pour les Pentium ultérieurs, une situation typique était lorsque le bus était déjà en 64 bits, mais que l'ALU était toujours en 32 bits.
• MIPS (millions d'instructions par seconde). Vous permet d'estimer approximativement les performances du processeur. Les modernes effectuent tellement de tâches différentes que cet indicateur a perdu son sens originel et peut être utilisé principalement pour comparer la puissance de calcul de plusieurs processeurs (comme dans ce tableau)

Il existe une relation directe entre la vitesse d'horloge, ainsi que le nombre de transistors et le nombre d'opérations effectuées par le processeur par seconde. Par exemple, la vitesse d'horloge du processeur 8088 a atteint 5 MHz, et les performances : seulement 0,33 million d'opérations par seconde. Autrement dit, il fallait environ 15 cycles de processeur pour exécuter une instruction. En 2004, les processeurs pouvaient déjà exécuter deux instructions par cycle d'horloge. Cette amélioration a été obtenue en augmentant le nombre de processeurs sur la puce.

La puce est également appelée circuit intégré (ou simplement circuit intégré). Le plus souvent, il s’agit d’une petite et fine plaquette de silicium dans laquelle des transistors sont « imprimés ». La puce, dont le côté atteint deux centimètres et demi, peut contenir des dizaines de millions de transistors. Les processeurs les plus simples peuvent être des carrés de quelques millimètres seulement. Et cette taille est suffisante pour plusieurs milliers de transistors.

Logique du microprocesseur

Pour comprendre le fonctionnement d'un microprocesseur, vous devez étudier la logique sur laquelle il repose et vous familiariser avec le langage assembleur. C'est la langue native du microprocesseur.

Le microprocesseur est capable d'exécuter un ensemble spécifique d'instructions machine (commandes). Fonctionnant avec ces commandes, le processeur effectue trois tâches principales :

• Grâce à son unité arithmétique-logique, le processeur effectue des opérations mathématiques : addition, soustraction, multiplication et division. Les microprocesseurs modernes prennent entièrement en charge les opérations en virgule flottante (en utilisant un processeur arithmétique à virgule flottante dédié)
• Le microprocesseur est capable de déplacer des données d'un type de mémoire à un autre
• Le microprocesseur a la capacité de prendre une décision et, en fonction de la décision qu'il prend, de « sauter », c'est-à-dire de passer à l'exécution d'un nouvel ensemble d'instructions.

Le microprocesseur contient :

• Bus d'adresses. La largeur de ce bus peut être de 8, 16 ou 32 bits. Elle est en train d'envoyer l'adresse en mémoire
• Bus de données : 8, 16, 32 ou 64 bits de large. Ce bus peut envoyer des données en mémoire ou recevoir des données de la mémoire. Lorsqu’on parle de « capacité en bits » d’un processeur, nous parlons de la largeur du bus de données
• Canaux RD (lecture) et WR (écriture) permettant une interaction avec la mémoire
• Ligne d'horloge (bus d'impulsions de synchronisation), fournissant des cycles d'horloge au processeur
• Ligne de réinitialisation (bus d'effacement, bus de réinitialisation), qui réinitialise le compteur du programme et relance l'exécution des instructions

Étant donné que les informations sont assez complexes, nous supposerons que la largeur des deux bus - les bus d'adresses et de données - n'est que de 8 bits. Jetons un coup d'œil rapide aux composants de ce microprocesseur relativement simple :

• Les registres A, B et C sont des puces logiques utilisées pour le stockage intermédiaire des données
• Le verrouillage d'adresse est similaire aux registres A, B et C
• Le compteur de programme est une puce logique (latch) capable d'incrémenter une valeur de un en un seul pas (s'il reçoit la commande correspondante) et de remettre à zéro la valeur (sous réserve de recevoir la commande correspondante)
• Une ALU (unité arithmétique et logique) peut effectuer des opérations d'addition, de soustraction, de multiplication et de division entre des nombres de 8 bits ou agir comme un additionneur régulier
• Le registre de test est un verrou spécial qui stocke les résultats des opérations de comparaison effectuées par l'ALU. En règle générale, l'ALU compare deux nombres et détermine s'ils sont égaux ou si l'un est supérieur à l'autre. Le registre de test est également capable de stocker le bit de retenue de la dernière action de l'additionneur. Il stocke ces valeurs dans un circuit bascule. Ces valeurs pourront ensuite être utilisées par le décodeur de commandes pour prendre des décisions
• Six blocs du diagramme sont étiquetés « 3-State ». Ce sont des tampons de tri. Plusieurs sources de sortie peuvent être connectées à un fil, mais le tampon de tri permet à une seule d'entre elles (à la fois) de transmettre une valeur : « 0 » ou « 1 ». Ainsi, le tampon de tri peut ignorer des valeurs ou empêcher la source de sortie de transmettre des données.
• Le registre d'instructions et le décodeur d'instructions gardent tous les composants ci-dessus sous contrôle.

Ce schéma ne montre pas les lignes de contrôle du décodeur de commandes, qui peuvent s'exprimer sous la forme des « ordres » suivants :

• "Le registre A accepte la valeur provenant actuellement du bus de données"
• "Le registre B accepte la valeur provenant actuellement du bus de données"
• "Le registre C accepte la valeur provenant actuellement de l'unité arithmétique et logique."
• "Le registre du compteur de programme prend la valeur provenant actuellement du bus de données"
• "Registre d'adresse pour accepter la valeur provenant actuellement du bus de données"
• "Le registre de commandes accepte la valeur provenant actuellement du bus de données"
• "Augmentez la valeur du compteur de programme [d'un]"
• « Le compteur de commandes sera remis à zéro »
• "Activer l'un des six tampons de tri" (six lignes de contrôle distinctes)
• "Dites à l'unité arithmétique et logique quelle opération elle doit effectuer."
• "Le registre de test accepte les bits de test d'ALU"
• « Activer RD (canal de lecture) »
• "Activer WR (canal d'enregistrement)"

Le décodeur de commandes reçoit des bits de données du registre de test, du canal de synchronisation ainsi que du registre de commandes. Si l'on simplifie au maximum la description des tâches du décodeur d'instructions, alors on peut dire que c'est ce module qui « indique » au processeur ce qui doit être fait pour le moment.

Mémoire du microprocesseur

La familiarité avec les informations liées à la mémoire de l'ordinateur et à sa hiérarchie vous aidera à mieux comprendre le contenu de cette section.

Ci-dessus, nous avons parlé des bus (adresses et données), ainsi que des canaux de lecture (RD) et d'écriture (WR). Ces bus et canaux sont connectés à la mémoire : mémoire vive (RAM) et mémoire morte (ROM). Dans notre exemple, nous considérons un microprocesseur dont la largeur de chaque bus est de 8 bits. Cela signifie qu'il est capable d'adresser 256 octets (deux puissance huit). Il peut lire ou écrire 8 bits de données de la mémoire en même temps. Supposons que ce simple microprocesseur dispose de 128 octets de ROM (en commençant à l'adresse 0) ou de 128 octets de RAM (en commençant à l'adresse 128).

Un module de mémoire en lecture seule contient un ensemble d'octets persistants prédéfini spécifique. Le bus d'adresse demande qu'un octet spécifique de la ROM soit transféré vers le bus de données. Lorsque le canal de lecture (RD) change d'état, le module ROM fournit l'octet demandé au bus de données. Autrement dit, dans ce cas, seule la lecture des données est possible.

Le processeur peut non seulement lire des informations dans la RAM, mais également y écrire des données. Selon qu'une lecture ou une écriture est en cours, le signal entre soit dans le canal de lecture (RD), soit dans le canal d'écriture (WR). Malheureusement, la RAM est volatile. Lorsque l’alimentation est coupée, toutes les données qui y sont stockées sont perdues. Pour cette raison, un ordinateur a besoin d’un périphérique de stockage non volatile en lecture seule.

De plus, en théorie, un ordinateur peut se passer de RAM. De nombreux microcontrôleurs permettent de placer les octets de données nécessaires directement sur la puce du processeur. Mais il est impossible de se passer de ROM. Dans les ordinateurs personnels, la ROM est appelée système d’entrée et de sortie de base (BIOS, Basic Input/Output System). Au démarrage, le microprocesseur commence son travail en exécutant les commandes qu'il a trouvées dans le BIOS.

Les commandes du BIOS effectuent des tests sur le matériel de l'ordinateur, puis accèdent au disque dur et sélectionnent le secteur de démarrage. Ce secteur de démarrage est un petit programme distinct que le BIOS lit d'abord à partir du disque, puis le place dans la RAM. Après cela, le microprocesseur commence à exécuter des commandes à partir du secteur de démarrage situé dans la RAM. Le programme du secteur de démarrage indique au microprocesseur quelles données (destinées à une exécution ultérieure par le processeur) doivent également être déplacées du disque dur vers la RAM. C'est ainsi que le processeur charge le système d'exploitation.

Instructions du microprocesseur

Même le microprocesseur le plus simple est capable de traiter un ensemble d'instructions assez important. Un ensemble d’instructions est une sorte de modèle. Chacune de ces instructions chargées dans le registre de commandes a sa propre signification. Il n'est pas facile pour les gens de se souvenir de la séquence de bits, c'est pourquoi chaque instruction est décrite comme un mot court, dont chacun représente une commande spécifique. Ces mots constituent le langage assembleur du processeur. L'assembleur traduit ces mots dans un langage de code binaire que le processeur peut comprendre.

Voici une liste de mots de commande en langage assembleur pour un processeur simple conventionnel, que nous considérons comme exemple pour notre histoire :

• LOADA mem — Charger le registre A à partir d'une adresse mémoire
• LOADB mem — Charger le registre B à partir d'une adresse mémoire
• CONB con — Charger une valeur constante dans le registre B
• SAVEB mem — Enregistre la valeur du registre B en mémoire à une adresse spécifique
• SAVEC mem — Enregistre la valeur du registre C en mémoire à une adresse spécifique
• ADD — Ajoutez (ajoutez) les valeurs des registres A et B. Stockez le résultat de l'action dans le registre C
• SUB — Soustrayez la valeur du registre B de la valeur du registre A. Stockez le résultat de l'action dans le registre C
• MUL — Multipliez les valeurs des registres A et B. Stockez le résultat de l'action dans le registre C
• DIV — Divisez la valeur du registre A par la valeur du registre B. Stockez le résultat de l'action dans le registre C
• COM - Comparez les valeurs des registres A et B. Transférez le résultat vers le registre de test
• JUMP addr - Aller à l'adresse spécifiée
• JEQ addr - Si la condition pour les valeurs de deux registres est égale, passez à l'adresse spécifiée
• JNEQ addr - Si la condition d'égalité des valeurs de deux registres n'est pas remplie, passez à l'adresse spécifiée
• JG addr - Si la valeur est supérieure, passez à l'adresse spécifiée
• JGE addr — Si la valeur est supérieure ou égale à, accédez à l'adresse spécifiée
• JL addr - Si la valeur est inférieure, accédez à l'adresse spécifiée
• JLE addr — Si la valeur est inférieure ou égale à, accédez à l'adresse spécifiée
• STOP - Arrêter l'exécution

Les mots anglais désignant les actions effectuées sont donnés entre parenthèses pour une raison. Nous pouvons donc voir que le langage assembleur (comme beaucoup d’autres langages de programmation) est basé sur l’anglais, c’est-à-dire sur les moyens de communication habituels des créateurs des technologies numériques.

Fonctionnement du microprocesseur à l'aide de l'exemple du calcul factoriel

Considérons le fonctionnement d'un microprocesseur à l'aide d'un exemple précis de son exécution d'un programme simple qui calcule la factorielle du nombre « 5 ». Tout d’abord, résolvons ce problème « dans un cahier » :

factorielle de 5 = 5 ! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120

Dans le langage de programmation C, ce morceau de code effectuant ce calcul ressemblerait à ceci :

A=1;f=1;tandis que (a

Une fois ce programme terminé, la variable f contiendra la valeur de la factorielle de cinq.

Le compilateur C traduit (c'est-à-dire traduit) ce code en un ensemble d'instructions en langage assembleur. Dans le processeur que nous considérons, la RAM commence à l'adresse 128 et la mémoire permanente (qui contient le langage assembleur) commence à l'adresse 0. Par conséquent, dans le langage de ce processeur, ce programme ressemblera à ceci :

// Supposons que a est à l'adresse 128 // Supposons que F est à l'adresse 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // si a > 5 le saut à 175 CONB 56 COM7 JG 178 LOADA 129 // f=f*a;9 LOADB 12810 MUL11 SAVEC 12912 LOADA 128 // a=a+1;13 CONB 114 ADD15 SAVEC 12816 JUMP 4 // boucle vers if17 STOP

Maintenant, la question suivante se pose : à quoi ressemblent toutes ces commandes dans la mémoire permanente ? Chacune de ces instructions doit être représentée sous forme de nombre binaire. Pour simplifier la compréhension du matériel, nous supposerons que chacune des commandes en langage assembleur du processeur que nous considérons possède un numéro unique :

• CHARGEMENT - 1
• CHARGEMENT - 2
• CONB-3
• SAUVEGARDER - 4
• Mémoire SAVEC - 5
• AJOUTER - 6
• SOUS-7
• MUL-8
• DIV-9
• COM-10
• Adresse SAUT - 11
• Adresse JEQ - 12
• Adresse JNEQ - 13
• Adresse JG - 14
• Adresse JGE - 15
• Adresse JL - 16
• Adresse JLE - 17
• ARRÊTER - 18

// Supposons que a soit à l'adresse 128 // Supposons que F soit à l'adresse 129Addr instruction machine/valeur0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 1298 1 // LOADA 1289 12810 3 // CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 12921 12922 1 // LOADA 12823 28 24 3 // CONB 125 126 6 // ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // SAUT 430 831 18 // STOP

Comme vous le remarquerez, sept lignes de code C ont été converties en 18 lignes de langage assembleur. Ils occupaient 32 octets en ROM.

Décodage

La conversation sur le décodage devra commencer par une réflexion sur les questions philologiques. Hélas, tous les termes informatiques n'ont pas de correspondance individuelle en russe. La traduction de la terminologie s'est souvent produite spontanément et le même terme anglais peut donc être traduit en russe de plusieurs manières. C’est ce qui s’est passé avec le composant le plus important de la logique du microprocesseur, le « décodeur d’instructions ». Les experts en informatique l’appellent à la fois décodeur de commandes et décodeur d’instructions. Aucune de ces options de nom ne peut être qualifiée de plus ou moins « correcte » que l’autre.

Un décodeur d'instructions est nécessaire pour traduire chaque code machine en un ensemble de signaux qui pilotent les différents composants du microprocesseur. Si l'on simplifie l'essence de ses actions, alors on peut dire que c'est lui qui coordonne « logiciel » et « matériel ».

Regardons le fonctionnement du décodeur de commandes à l'aide de l'exemple de l'instruction ADD, qui effectue une action d'addition :

• Lors du premier cycle d'horloge du processeur, l'instruction est chargée. À ce stade, le décodeur de commandes doit : activer le tampon de tri pour le compteur de programme ; activer le canal de lecture (RD) ; activer le verrou du tampon de tri pour transmettre les données d'entrée dans le registre d'instructions
• Durant le deuxième cycle d'horloge du processeur, l'instruction ADD est décodée. A ce stade, l'unité arithmétique et logique effectue l'addition et transfère la valeur au registre C
• Lors du troisième cycle de la fréquence d'horloge du processeur, le compteur de programme augmente sa valeur de un (théoriquement, cette action chevauche ce qui s'est passé lors du deuxième cycle)

Chaque instruction peut être représentée comme un ensemble d'opérations exécutées séquentiellement qui manipulent les composants du microprocesseur dans un certain ordre. Autrement dit, les instructions du logiciel entraînent des modifications entièrement physiques : par exemple, changer la position d'un loquet. Certaines instructions peuvent nécessiter deux ou trois cycles d'horloge du processeur pour s'exécuter. D'autres peuvent même nécessiter cinq ou six cycles.

Microprocesseurs : performances et tendances

Le nombre de transistors dans un processeur est un facteur important affectant ses performances. Comme indiqué précédemment, le processeur 8088 nécessitait 15 cycles d'horloge pour exécuter une instruction. Et pour effectuer une opération 16 bits, il fallait environ 80 cycles. C'est ainsi qu'a été conçu le multiplicateur ALU de ce processeur. Plus il y a de transistors et plus le multiplicateur ALU est puissant, plus le processeur peut en faire en un cycle d'horloge.

De nombreux transistors prennent en charge la technologie pipeline. Au sein de l’architecture pipeline, les instructions exécutables se superposent partiellement les unes aux autres. Une instruction peut toujours nécessiter les mêmes cinq cycles pour s'exécuter, mais si le processeur traite simultanément cinq instructions (à différents stades d'achèvement), alors en moyenne un cycle d'horloge du processeur sera nécessaire pour exécuter une instruction.

De nombreux processeurs modernes disposent de plusieurs décodeurs de commandes. Et chacun d’eux prend en charge le pipeline. Cela permet d'exécuter plus d'une instruction dans un cycle de processeur. La mise en œuvre de cette technologie nécessite un nombre incroyable de transistors.

Processeurs 64 bits

Même si les processeurs 64 bits se sont répandus il y a seulement quelques années, ils existent depuis relativement longtemps : depuis 1992. Intel et AMD proposent actuellement de tels processeurs. Un processeur 64 bits peut être considéré comme un processeur doté d'une unité logique arithmétique (ALU) de 64 bits, de registres 64 bits et de bus 64 bits.

La principale raison pour laquelle les processeurs ont besoin de 64 bits est que l'architecture étend l'espace d'adressage. Les processeurs 32 bits ne peuvent accéder qu'à deux ou quatre gigaoctets de RAM. Autrefois, ces chiffres semblaient gigantesques, mais les années ont passé et aujourd'hui un tel souvenir ne surprendra plus personne. Il y a quelques années, la mémoire d'un ordinateur typique était de 256 ou 512 mégaoctets. À cette époque, la limite de quatre Go ne gênait que les serveurs et les machines exécutant de grandes bases de données.

Mais il s'est rapidement avéré que même les utilisateurs ordinaires manquent parfois de deux, voire quatre Go de RAM. Cette limitation ennuyeuse ne s'applique pas aux processeurs 64 bits. L’espace d’adressage dont ils disposent aujourd’hui semble infini : deux puissances 64 octets, soit quelque chose comme un milliard de gigaoctets. Une RAM aussi gigantesque n’est pas attendue dans un avenir proche.

Le bus d'adresses 64 bits, ainsi que les bus de données larges et rapides des cartes mères correspondantes, permettent aux ordinateurs 64 bits d'augmenter la vitesse d'entrée et de sortie des données lors de l'interaction avec des périphériques tels que le disque dur et la carte vidéo. Ces nouvelles fonctionnalités augmentent considérablement les performances des machines informatiques modernes.

Mais tous les utilisateurs ne bénéficieront pas des avantages de l’architecture 64 bits. C'est nécessaire, tout d'abord, pour ceux qui éditent des vidéos et des photos, et qui travaillent également avec diverses grandes images. Les ordinateurs 64 bits sont appréciés des connaisseurs de jeux informatiques. Mais les utilisateurs qui utilisent simplement un ordinateur pour communiquer sur les réseaux sociaux, surfer sur le Web et éditer des fichiers texte ne ressentiront probablement tout simplement aucun avantage de ces processeurs.

Basé sur des documents provenant de Computer.howstuffworks.com