microprocesseur

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Présentation

microprocesseur, processeur miniature constitué d’un seul circuit intégré, sur lequel sont gravés des millions de transistors interconnectés.

Un microprocesseur se compose d’une tranche de silicium, communément appelée puce, mesurant environ 0,5 cm de côté et 0,05 cm d’épaisseur. Sur cette puce sont gravés des millions de transistors, qui permettent d’assurer la gestion et le traitement de l’information. Un microprocesseur constitue ainsi l’unité centrale de traitement d’un micro-ordinateur, mais est également utilisé dans de nombreux autres équipements (téléphones, cartes à puce, appareils électroménagers…).

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Historique

Le premier microprocesseur, l’Intel 4004 de la société informatique Intel, est réalisé en 1971. Il est composé de 2 300 transistors et exécute 60 000 instructions par seconde. En comparaison, un microprocesseur moderne comme l’Intel Pentium 4 comprend plusieurs dizaines de millions de transistors et exécute plusieurs milliards d’instructions par seconde.

En fait, l’histoire du microprocesseur est intimement liée à celle du micro-ordinateur et de la micro-informatique en général. L’Intel 8080, créé en 1974, est notamment l’un des premiers microprocesseurs (8 bits) adaptés à un ordinateur individuel. Il a fortement influencé l’architecture du Z80 de la société Zilog et, dans une moindre mesure, celle de la gamme des microprocesseurs 80×86 (80186, 80286, 80386, 80486) et les différentes évolutions du Pentium, équipant hier ou aujourd’hui la grande majorité des PC.

Par ailleurs, les micro-ordinateurs Macintosh sont équipés de microprocesseurs Motorola (famille du 68000, intégré au premier Macintosh commercialisé en 1984) et, depuis 1998, de microprocesseurs RISC (Reduced Instruction Set Computing) de la série Power PC (G3 ou G4), développés en collaboration par les firmes américaines Apple, IBM et Motorola.

Pionnier de la micro-informatique et créateur du premier microprocesseur, Intel domine le marché des microprocesseurs avec environ 80 p. 100 de parts de marché. La société AMD suit de loin avec pratiquement 20 p. 100 et toutes les autres sociétés représentent moins de 1 p. 100 du marché. La situation est un peu différente pour les microprocesseurs spécialisés où d’autres entreprises sont encore présentes (notamment Texas Instruments aux États-Unis et SMT Electronic en Europe).

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Éléments d’un microprocesseur

Un microprocesseur est composé d’une mémoire morte (ROM), de registres (zones de stockage temporaire), d’une unité de calcul arithmétique et logique, et d’un séquenceur. Les instructions sont traitées dans le séquenceur où elles sont décomposées en un ensemble de micro-instructions, dont la suite forme un microprogramme. Une micro-instruction est une opération de bas niveau du microprocesseur (par exemple, transfert du contenu d’un registre vers un bus, envoi d’une commande à l’unité de calcul, etc.). Ces micro-instructions sont ensuite décodées et exécutées.

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Architectures CISC et RISC

Le jeu d’instructions d’un microprocesseur correspond à l’ensemble des instructions qu’il reconnaît et peut exécuter. Ce jeu comprend, en particulier, les instructions de bas niveau telles que l’addition, la soustraction, la multiplication et la division. Selon son jeu d’instructions, un microprocesseur peut présenter deux types d’architectures : CISC ou RISC.

Les microprocesseurs d’architecture CISC (Complex Instruction Set Computing, processeur à jeu d’instructions complexes) sont les plus anciens et manipulent des instructions complexes ; mais ces dernières sont effectuées à une vitesse relativement lente. L’évolution des microprocesseurs a consisté pendant longtemps à définir des jeux d’instructions de plus en plus complexes. Les chercheurs d’IBM se sont alors aperçus, en analysant un grand nombre de programmes, qu’en réalité peu de ces instructions étaient effectivement utilisées. Ils ont alors défini un nouveau jeu d’instructions beaucoup plus simple appelé RISC (Reduced Instruction Set Computing, processeur à jeu d’instructions réduit), formé des instructions les plus utilisées.

Dans les microprocesseurs RISC, les instructions peuvent être exécutées très rapidement (notamment grâce à des mécanismes complexes de décodage comme le pipeline). Ces architectures se sont maintenant imposées et sont au cœur de tous les microprocesseurs modernes.

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Puissance d’un microprocesseur