Dans nos PC, il n'y a pas un mais plusieurs processeurs. En effet, il existe de nombreux processeurs qui g�rent ind�pendamment : la carte son, la carte graphique, la carte SCSI... C'est le microprocesseur ou CPU (Central Processor Unit) qui est charg� de traiter toutes les informations de ces composants. Le microprocesseur est donc l'�l�ment le plus important de tout PC. COMMENT LES FABRIQUE-T-ON ? La mati�re de base pour fabriquer un processeur est un semi-conducteur : le silicium (extrait du sable). Il est purifi� et mis sous forme de galette (appel�e Wafer, en photo � gauche) de tr�s fine �paisseur. A partir de cette galette de silicium, on r�alise une photolithographie : - on sensibilise le silicium � la lumi�re gr�ce � une pellicule �photon-r�sistive� ; - les circuits �lectroniques sont ensuite dessin�s et marqu�s sur le silicium par une source lumineuse ; - on trempe l'ensemble dans un bain r�v�lateur pour faire appara�tre les circuits �lectroniques ; - on r�p�te l'op�ration autant de fois que le nombre de couches du processeur ; - enfin, le processeur est recouvert d'une protection c�ramique ou plastique. Les microprocesseurs sont ensuite test�s un par un et class�s en fonction de leur aptitude � supporter une certaine fr�quence de fonctionnement. C'est ainsi qu'on leur attribue une fr�quence. FONCTIONNEMENT D'UN MICROPROCESSEUR . Fonctionnement interne Le microprocesseur est un composant �lectronique complexe compos� de millions de transistors. Il g�re les donn�es et les commandes � ex�cuter de nos PC. Pour cela, il re�oit et renvoie ces donn�es et ces commandes par du courant �lectrique. Les donn�es et les commandes qui sont ex�cut�es par les processeurs sont cod�es en langage binaire. Le langage binaire est compos� de 0 et de 1. Ces 0 et 1 sont appel�s des bits. L'horloge interne (ou la fr�quence) d'un processeur fait vibrer un quartz. Son unit� de mesure est le hertz (Hz). Un processeur dit �cadenc� � une fr�quence de 500 MHz signifie donc que le quartz produit 500 millions d'impulsions par seconde. L'intervalle de temps entre chaque impulsion est appel� p�riode. Pendant chaque impulsion, la naissance, ou non, d'un courant �lectrique permet au processeur de d�terminer la valeur d'un bit : 0 signifiant que le courant ne passe pas, 1 que le courant passe. Ainsi, au bout de X p�riodes, le processeur cr�e un code compos� d'une suite de X bits (suite de 0 et de 1). Remarque : la p�riode (en secondes) �tant l'inverse de la fr�quence (en Hz), il en r�sulte que cette p�riode varie en fonction de la fr�quence du processeur : la p�riode est d'autant plus petite que la fr�quence du processeur est grande. . Fonctionnement externe Le microprocesseur utilise un bus cadenc� � une fr�quence (dite externe) comprise actuellement entre 66 et 200 MHz, en fonction du microprocesseur. Le bus permet � celui-ci de communiquer avec les autres composants du PC. Mais, y a-t-il un rapport entre la fr�quence externe et la fr�quence interne ? Eh bien oui, car c'est � partir de la fr�quence externe et d'un coefficient multiplicateur (nombre compris g�n�ralement entre 3 et 8, augmentant par paliers de 0,5) qu'est d�termin�e la fr�quence interne. Par exemple : pour obtenir 500 MHz avec un processeur utilisant un bus 100 MHz, il est n�cessaire 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). COMPOSITION D'UN MICROPROCESSEUR Le microprocesseur est compos� de plusieurs blocs de transistors appel�s unit�s. On distingue trois cat�gories d'unit�s : . Unit�s de calcul 1 - L'unit� arithm�tique ou ALU (Aritmetic Logical Unit) Elle est charg�e d'effectuer des op�rations (sommes, additions...) sur des nombres r�els entiers. 2 - L'unit� de calcul flottant ou FPU (Floating Point Unit) Elle est charg�e d'effectuer des op�rations complexes (sommes, additions, racines carr�es, sinus...) non seulement sur des nombres r�els entiers mais aussi sur des nombres r�els � virgule (calculs en virgules flottantes). 3 - L'unit� multim�dia Les microprocesseurs pour PC ont vu la premi�re extension multim�dia avec la technologie MMX introduite par Intel (et utilis�e par AMD) en 1997, dans le but d'optimiser les programmes multim�dias (calculs de nombres entiers). AMD (en collaboration avec Digital) a ensuite introduit sa technologie 3DNow! en 1998, dans le but d'optimiser les calculs 3D (calculs en virgules flottantes). Intel a ripost� en introduisant sa technologie SSE ou Streaming SIMD en 1999. C'est l'�quivalent du 3DNow!, m�me si le SSE est th�oriquement plus performant. A la sortie de son processeur Athlon, AMD a introduit en 1999 un compl�ment � sa technologie 3DNow! permettant une optimisation plus compl�te des calculs en virgules flottantes (MP3, AC-3, Soft modems, Soft ADSL). . Unit�s de contr�le Elles sont charg�es du d�codage des instructions, de l'acc�s � la m�moire vive... . Unit� de m�moire cache 1 - Cache de niveau 1 ou cache L1 (Level 1) Cette m�moire cache est divis�e en deux parties �gales : l'une pour les instructions, l'autre pour les donn�es. Sa taille est actuellement comprise entre 32 Ko et 128 Ko en fonction du microprocesseur. Elle permet de stocker les instructions et les donn�es les plus souvent utilis�es. Cette m�moire cache est beaucoup plus rapide que la m�moire vive, puisqu'elle a l'avantage d'�tre acc�d�e � la m�me fr�quence que le microprocesseur. On observe alors un gain raisonnable de performance. 2 - Cache de niveau 2 ou cache L2 (Level 2) C'est une extension du cache L1. Tous les processeurs r�cents disposent d'un cache L2 int�gr�. Sa taille est actuellement comprise entre 128 Ko et 512 Ko en fonction du microprocesseur. Auparavant, ce type de cache �tait dispos� sur la carte m�re, mais son int�gration avec le microprocesseur permet au cache L2 d'acc�der � une fr�quence plus importante et proportionnelle � la fr�quence du microprocesseur. 3 - Cache de niveau 3 ou cache L3 (Level 3) Ce type de cache est beaucoup moins fr�quent, puisque son co�t est �lev�. C'est pourquoi il est utilis� dans les microprocesseurs haut de gamme, destin�s aux stations de travail ou serveurs. Sa taille est actuellement comprise entre 1 Mo et 8 Mo en fonction du microprocesseur. A cause de sa taille, le cache L3 ne peut �tre directement int�gr� au microprocesseur, mais reste tout de m�me � proximit�. INNOVATIONS DES MICROPROCESSEURS . Les architectures CISC et RISC L'architecture CISC (Complex Instruction Set Computer) dispose d'un jeu de plus de 400 instructions. Elle a �t� utilis�e dans les premiers microprocesseurs et continue de l'�tre majoritairement. Les microprocesseurs bas�s sur l'architecture CISC sont dits compatibles x86 ou compatibles Intel, puisque les instructions CISC sont majoritairement utilis�es par toutes les familles de processeurs Intel. Mais les chercheurs d'IBM ont mis au point l'architecture RISC (Reduced Instruction Set Computer) qui utilise un jeu de 128 instructions simples permettant une ex�cution plus rapide de celles-ci. En effet, une suite d'instructions simples peut s'ex�cuter plus rapidement qu'une seule instruction complexe. Le probl�me qui se pose, c'est que ces deux architectures sont incompatibles. Les logiciels et programmes fonctionnant avec un processeur CISC (x86) ne fonctionne pas avec un processeur RISC. Pour faire face � ce probl�me, il faut utiliser soit un �mulateur logiciel (capable de faire fonctionner les logiciels et programmes actuelles avec un processeur RISC), soit un �mulateur mat�riel (int�gr� dans les microprocesseurs pour convertir les instructions CISC en instructions RISC). AMD a choisi d'int�grer un �mulateur d'instructions CISC (x86) en instructions RISC dans ses processeurs (depuis sa famille de processeurs K6) suite au rachat (en 1995) de la soci�t� NexGen et de son circuit RISC86. Intel compte �galement suivre le choix d'AMD en int�grant un �mulateur dans ces futurs processeurs (haut de gamme, pour l'instant !). . L'architecture super scalaire On parle d'architecture super scalaire lorsque le microprocesseur est capable de traiter les calculs de plusieurs unit�s de m�me type en m�me temps. Les unit�s de calculs ajout�es sont pour l'instant restreintes : elles sont plus sp�cialis�es dans certains calculs simples (comme les additions, les soustractions...). . L'architecture 32/64 bits La plupart des microprocesseurs commerciaux ont une architecture 32 bits, c'est-�-dire qu'ils sont capables de traiter les informations par paquets de 32 bits. Ainsi, le passage d'une architecture 32 bits � une architecture 64 bits permettrait d'augmenter consid�rablement les performances, puisque les microprocesseurs traiteront les informations par paquets de 64 bits. Les processeurs 64 bits sont actuellement utilis�s dans certaines stations de travail ou serveurs. Mais, il faut savoir que pour profiter pleinement des microprocesseurs 64 bits, il faut que les applications soient �crites en langage 64 bits, ce qui donne encore quelques belles ann�es � l'architecture 32 bits. . L'architecture EPIC (Explicit Parallel Instruction Computing) L'EPIC est bas� sur le traitement en parall�le des donn�es. Elle appara�tra en m�me temps que les microprocesseurs 64 bits. Actuellement, les processeurs essayent de pr�voir ce qui va leur �tre demand� (c'est ce que l'on appelle la pr�diction de branchements : proc�d� permettant de diriger les instructions � traiter vers le bon pipeline). Bien qu'assez fiable (80 � 90%), cette m�thode fait perdre quelques cycles d'horloge si la pr�vision est mauvaise. Les microprocesseurs EPIC contourneront le probl�me en calculant en parall�le les diverses possibilit�s, la bonne �tant ensuite conserv�e. Pour cela, il faudra un flux de donn�es (proc�d� permettant d'optimiser l'ordre de traitement des donn�es) important, afin de g�rer tous les calculs en parall�le sans perte de vitesse. . Le concept du �PC-on-a-chip� Dans les ann�es � venir, on va de plus en plus voir appara�tre des �PC-on-a-chip�, c'est�- dire des puces qui int�grent � la fois un microprocesseur, un circuit graphique et un contr�leur m�moire sur le m�me morceau de silicium. Une r�volution ? Pas si s�r ! Certes, cette m�thode permettrait d'�liminer certains goulets d'�tranglement (bandes passantes �faibles�) constitu�s par le sous-syst�me, tout en diminuant les co�ts de production, mais il est difficile � croire que les circuits ajout�s au microprocesseur soient les plus performants, puisque la taille du circuit devrait �tre assez limit�e. Ainsi, les PC �quip�s de ces puces devraient �tre plac�s en entr�e de gamme. Les diff�rences entre les processeurs Intel Pentium 4 et Celeron Quelles sont les diff�rences entre les processeurs Intel Pentium 4 et Celeron? A la base, le processeur Intel Celeron � socket mPGA 478 a �t� con�u pour �tre une solution �conomique au Pentium 4. Il a �t� d�velopp� pour contrer les processeurs moins dispendieux, mais plus puissant, de la compagnie AMD. Par contre, en termes de ratio puissance/prix, les processeurs AMD Athlon XP sont les plus avantageux, mais les processeurs Intel sont populaires car ils sont plus stables du fait qu'ils surchauffent beaucoup moins que les processeurs AMD. Ceci est tr�s important lorsque l'on magasine pour un ordinateur portable, les processeurs Intel ont une meilleure portabilit� gr�ce � leurs caract�ristiques. Le Celeron se compare avec le Pentium 4 surtout en termes de compatibilit� avec les diff�rents chipsets, d'architecture technologique ainsi que la vitesse du Front Side Bus (FSB) ou Bus syst�me. Par contre, les processeurs Pentium 4 atteignent des vitesses FSB beaucoup plus �lev�es que le Celeron. Caract�ristiques Pentium 4 Celeron Vitesse 1,3GHz � 3,40GHz 1,7GHz � 2,80GHz FSB 400MHz, 533MHz, 800MHz 400MHz M�moire cache L2 256KB, 512KB, 1MB, 2MB 128KB Chacune de ces 3 caract�ristiques d�terminent la puissance d'un processeur. Pour le Pentium 4, plusieurs combinaisons sont possibles, donc plusieurs mod�les de Pentium 4 sont disponibles sur le march�. Ils portent chacun le nom respectif de leurs cat�gories qui sont les suivantes : Intel Pentium 4 Intel Pentium 4 avec technologie HT Intel Pentium 4 avec technologie HT �dition Extr�me Donc, un processeur Pentium 4 avec technologie HT �dition Extr�me aura une vitesse de 3,2GHz ou 3,4GHZ, un bus FSB de 800MHz et une m�moire Cache L2 de 2MB. Il faut aussi savoir qu'un Pentium 4 de 1,7GHz sera plus puissant et plus rapide qu'un processeur Celeron de la m�me
