L’unité centrale de traitement (UC) de l’ordinateur construite sur un seul circuit intégré (CI) est appelée microprocesseur.

Un ordinateur numérique avec un seul microprocesseur qui agit comme une unité centrale de traitement est appelé micro-ordinateur.

C’est un dispositif électronique programmable, polyvalent, commandé par horloge, basé sur des registres, qui lit des instructions binaires à partir d’un dispositif de stockage appelé mémoire, accepte des données binaires en entrée et traite les données selon ces instructions et fournit des résultats en sortie.

Le microprocesseur contient des millions de composants minuscules comme des transistors, des registres et des diodes qui travaillent ensemble.

Schéma-bloc d’un micro-ordinateur

Introduction du microprocesseur

Un microprocesseur est constitué d’une UAL, d’une unité de contrôle et d’un tableau de registres. Où l’UAL effectue des opérations arithmétiques et logiques sur les données reçues d’un dispositif d’entrée ou d’une mémoire. L’unité de commande contrôle les instructions et le flux de données dans l’ordinateur. Et, le tableau de registres se compose de registres identifiés par des lettres comme B, C, D, E, H, L, et l’accumulateur.

Évolution des microprocesseurs

Nous pouvons catégoriser le microprocesseur selon les générations ou selon la taille du microprocesseur :

Première génération (Microprocesseurs 4 – bits)

Les microprocesseurs de première génération ont été introduits dans l’année 1971-1972 par Intel Corporation. Il était nommé Intel 4004 puisqu’il s’agissait d’un processeur à 4 bits.

C’était un processeur sur une seule puce. Il pouvait effectuer des opérations arithmétiques et logiques simples comme l’addition, la soustraction, le OU booléen et le ET booléen.

J’avais une unité de contrôle capable d’effectuer des fonctions de contrôle comme aller chercher une instruction dans la mémoire de stockage, la décoder, puis générer des impulsions de contrôle pour l’exécuter.

Deuxième génération (microprocesseur 8 – bits)

Les microprocesseurs de deuxième génération ont été introduits en 1973 toujours par Intel. Il s’agissait d’un premier microprocesseur de 8 – bits qui pouvait effectuer des opérations arithmétiques et logiques sur des mots de 8 bits. Il s’agissait de l’Intel 8008, et une autre version améliorée était l’Intel 8088.

Troisième génération (Microprocesseur 16 – bits)

La troisième génération de microprocesseurs, introduite en 1978 était représentée par le 8086 d’Intel, le Zilog Z800 et le 80286, qui étaient des processeurs 16 – bits avec une performance comme des mini-ordinateurs.

Quatrième génération (microprocesseurs 32 – bits)

Plusieurs sociétés différentes ont introduit les microprocesseurs 32 bits, mais le plus populaire est l’Intel 80386.

Cinquième génération (Microprocesseurs 64 – bit)

De 1995 à maintenant, nous sommes dans la cinquième génération. Après le 80856, Intel a sorti un nouveau processeur à savoir le processeur Pentium suivi du processeur Pentium Pro, qui permet à plusieurs processeurs dans un seul système de réaliser le multitraitement.

Les autres processeurs 64 bits améliorés sont les processeurs Celeron, Dual, Quad, Octa Core.

Tableau : Microprocesseurs Intel importants

Microprocesseur Année d’invention Longueur du mot Mémoire. d’adressage Pins Horloge Remarques
4004 1971 4-bit 1 KB 16 750 KHz Premier microprocesseur
8085 1976 8-bit 64 Ko 40 3-6 MHz Microprocesseur 8 bits populaire
8086 1978 16-bit 1MB 40 5-8 MHz Largement utilisé dans les PC/XT
80286 1982 16-bit 16MB réel, 4 Go virtuels 68 6-12.5 MHz Généralement utilisé dans les PC/AT
80386 1985 32-bit 4GB réels, 64TB virtuel 132 14X14 PGA 20-33 MHz Contenant MMU sur puce
80486 1989 32-bit 4GB réel, 64 To virtuels 168 17X17 PGA 25-100 MHz Comprend MMU, cache et FPU, 1.2 millions de transistors
Pentium 1993 32-bit 4GB real,32-bit address,64-bit data bus 237 PGA 60-200 Contenant 2 ALUs,2 Caches, FPU, 3.3 Million transistors, 3.3 V, 7,5 millions de transistors
Pentium Pro 1995 32-bit 64GB réel, bus d’adresse 36-bit 387 PGA 150-200 MHz C’est un processeur de flux de données. Il contient également un cache de second niveau,3.3 V
Pentium II 1997 32 bits – – 233-400 MHz Toutes les caractéristiques du Pentium pro plus la technologie MMX,3.3 V, 7,5 millions de transistors
Pentium III 1999 32 bits 64 Go 370 PGA 600-1.3 MHz Version améliorée du Pentium II ; 70 nouvelles instructions SIMD
Pentium 4 2000 32-bit 64GB 423 PGA 600-1.3 GHz Version améliorée du Pentium III
Itanium 2001 64 bits 64 lignes d’adresse 423 PGA 733 MHz-1.3 GHz Processeur EPIC 64 bits

Où,

  • PGA – Pin Grid Array
  • MMX – MultiMedia eXtensions
  • EPIC – Explicitly Parallel Instruction Computing
  • SIMD – Single Instruction Multiple Data
  • ALU – Arithmetic and Logic Unit
  • MMU – Memory Management Unit
  • FPU – Floating Point Unit

Termes de base utilisés dans le microprocesseur

Voici une liste de quelques termes de base utilisés dans le microprocesseur :

Jeu d’instructions – Le groupe de commandes que le microprocesseur peut comprendre est appelé jeu d’instructions. C’est une interface entre le matériel et le logiciel.

Bus – Ensemble de conducteurs destinés à transmettre des données, des adresses ou des informations de contrôle à différents éléments d’un microprocesseur. Un microprocesseur disposera de trois types de bus, à savoir le bus de données, le bus d’adresses et le bus de contrôle.

IPC (Instructions Per Cycle) – C’est une mesure du nombre d’instructions qu’un processeur est capable d’exécuter en une seule horloge.

Vitesse d’horloge – C’est le nombre d’opérations par seconde que le processeur peut effectuer. Elle peut être exprimée en mégahertz (MHz) ou en gigahertz (GHz). Elle est également appelée fréquence d’horloge.

La bande passante – Le nombre de bits traités dans une seule instruction est appelé bande passante.

La longueur du mot – Le nombre de bits que le processeur peut traiter à la fois est appelé la longueur du mot du processeur. Un microprocesseur de 8 bits peut traiter des données de 8 bits à la fois. La gamme de longueur de mot est de 4 bits à 64 bits selon le type de micro-ordinateur.

Types de données – Le microprocesseur supporte plusieurs formats de types de données comme le binaire, l’ASCII, les nombres signés et non signés.

Fonctionnement du microprocesseur

Le microprocesseur suit une séquence pour exécuter l’instruction : Récupération, Décodage, puis Exécution.

Initialement, les instructions sont stockées dans la mémoire de stockage de l’ordinateur dans un ordre séquentiel. Le microprocesseur va chercher ces instructions dans la zone stockée (mémoire), puis les décode et les exécute jusqu’à ce que l’instruction STOP soit rencontrée. Ensuite, il envoie le résultat sous forme binaire au port de sortie. Entre ces processus, le registre stocke les données temporaires et l’ALU (unité arithmétique et logique) effectue les fonctions de calcul.

Caractéristiques du microprocesseur

  • Faible coût – En raison de la technologie des circuits intégrés, les microprocesseurs sont disponibles à un coût très faible. Il réduira le coût d’un système informatique.
  • Haute vitesse – En raison de la technologie impliquée dans celui-ci, le microprocesseur peut travailler à très haute vitesse. Il peut exécuter des millions d’instructions par seconde.
  • Petite taille – Un microprocesseur est fabriqué dans une empreinte très réduite en raison de la technologie d’intégration à très grande échelle et à ultra grande échelle. De ce fait, la taille du système informatique est réduite.
  • Polyvalent – La même puce peut être utilisée pour plusieurs applications, par conséquent, les microprocesseurs sont polyvalents.
  • Faible consommation d’énergie – Les microprocesseurs utilisent la technologie des semi-conducteurs à oxyde métallique, qui consomme moins d’énergie.
  • Moins de production de chaleur – Les microprocesseurs utilisent la technologie des semi-conducteurs qui n’émettront pas beaucoup de chaleur par rapport aux dispositifs à tube à vide.
  • Fiable – Comme les microprocesseurs utilisent la technologie des semi-conducteurs, par conséquent, le taux de défaillance est très faible. Par conséquent, il est très fiable.
  • Portable – En raison de la petite taille et de la faible consommation d’énergie, les microprocesseurs sont portables.