Le fonctionnement du CPU

[ehman]

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Le terme de processeur ou CPU (Central Processor Unit), date de 1945 et depuis cet élément a bien évolué. Pour en apprendre davantage sur l'histoire des processeurs, je vous renvois sur le site de Wikipedia. Restons en au fonctionnement du CPU et les composants qui le forment pour cet article.


Que fait un CPU?


En bref, un processeur exécute des instructions (lignes d'un programme) à une certaine vitesse que l'on mesure aujourd'hui en Giga Hertz (GHz). Il y a des chances que votre machine tourne à 2.5 GHz, sachez que l'on peut atteindre des vitesses de plus de 8GHz.


Afin de communiquer avec la mémoire et les chipsets, le micro processeur utilise un bus de données représenté par des fils alignés, d'une certaine capacité. Ce bus de données assure le transfert des données sous forme de bits. Un nombre de bits (16,32,64) voyage à une certaine vitesse mesurée en MHz (ex: 133MHz).




Le micro-processeur accède aux emplacements de mémoire à partir du bus d'adresses (Memory Controler Chip MCC). Ce dernier est contenu au sein même du processeur chez AMD et depuis peu chez Intel.

Mémoire et CPU


Il existe un type de mémoire intégrée au CPU, il s'agit de la mémoire cache et celle-ci a un impact important sur la performance d'un CPU car ce dernier peut y accèder instantanément et ainsi réduire les nombres d'accès à la mémoire système.

On rencontre 3 types de mémoire cache:

- L1 est placée sur la puce, elle n'est pas large, de 8K à 64K,
- L2 est elle aussi intégrée au CPU, elle est plus large (512K), autrefois elle était disposée sur la carte mère.
- L3, pour suivre les micro processeurs multicore, est disposée elle aussi sur la puce et est partagée par les différents core (ex: 8M ).





Le principe de la mémoire est le suivant: lorsque le CPU récupère une information en mémoire système, il l'a dispose ensuite en mémoire cache.


CPU & Disposition


Le micro-processeur aujourd'hui contient on l'a vu de nombreux éléments mais il a aussi besoin de communiquer avec des composants extérieurs.

Sur la carte mère le CPU s'assoie sur un slot ou un socket (le socket devient standard). Ce dernier permet les connexions entre chipsets et mémoire système au travers des bus de données qui acheminent les informations à une certaine vitesse. Les chipsets servent à contrôler le flux d'informations.

Plus de détails sont donnés dans la section cartes mères, mais voici un shéma montrant un processeur de dernière génération et les chemins des données:




Consommation et chaleur


Des progrès ont été réalisés dans ce domaine, les processeurs qui sont faits de millions de transistors consomment de l'énérgie et agissent à un certain voltage. Comparons un 1 des premiers pentiums à 2 autres CPU récents:

Processeur	Nombre de transistors	Voltage	Consommation	Lithographie
Pentium II	3.3 million	2.8V	34.8 W	0.35 µm
i7 970	1170 million	0.800V-1.375V	130 W	32 nm
Atom™ Processor Z560	47 million	0.75V-1.1V	2.5 W	45 nm

                

Aujourdhui, les cartes mères sont équipées de VRM (Voltage Regulator Module) qui permet de detecter et corriger le voltage en fonction de l'utilisation.

La table précédente montre bien qu'un processeur peut atteindre une certaine consommation et que cela génère une surchauffe impréssionante, c'est pourquoi on équipe les processeurs d'un radiateur et de ventilateurs et autres moyens de refroidissement (parfois à l'eau).

Je vous invite à parcourir le forum pour plus d'informations sur la consommation d'énergie.


Changer de processeur & overclocking


Vous l'aurez compris, la performance d'un processeur dépend de plusieurs critères:

- sa vitesse en GHz,
- la capacité et rapidité de son bus de données et d'adresses en bits et MHz,
- la capacité de sa mémoire cache (L1, L2, L3),

D'autres éléments entrent en jeu mais ces derniers seront plus détaillés dans les rubriques AMD et Intel.

Si vous souhaitez changer de processeur, il faut regarder le meilleur compromis entre les caractéristiques listées ci-dessus. Il est nécessaire de vérifier la compatibilité avec la carte mère dans tous les cas.

L'overclocking appliquée au CPU consiste à modifier la vitesse du CPU. Mais attention au voltage associé et à la chaleur engendrée, il est recommandé de prendre un ventilateur plus performant. Des articles sur le sujet seront disposés sur le forum.



Voilà pour une description des processeurs et de leur fonctionnement. Cet article sera mis à jour en intégrant les nouveautés et pour répondre à vos suggestions.
En attendant je vous invite à partager vos commentaires sur le forum.