L'ordinateur, un outil complexe

L'ordinateur, un mix de materiel et d'immateriel Voir l'article

Le processeur

Un processeur (ou CPU pour « Central Processing Unit » en anglais) est un composant que l'on retrouve dans de nombreux appareils électroniques et qui traite les données. Un microprocesseur est composé d'un seul circuit intégré.

CPU
Microprocesseur stylisé

Les transistors

Les transistors, contraction de "transfer resistor", sont constitués de silicium, un élément ayant la capacité de ne conduire le courant que dans un seul sens ; cette propriété se nomme la semi-conductivité. Le transistor agit donc comme une diode et ne laisse passer le courant que dans un sens. À l'intérieur, circulent des impulsions électriques de 0 ou 5 volts, qui se traduisent par des suites de 0 et de 1.

TRANSISTOR
Transistor de près

Les portes logiques

En assemblant plusieurs transistors de diverses façons, on peut schématiser des portes logiques et en assemblant plusieurs portes logiques, on peut créer des systèmes de comptage, d'additions... Ci-dessous, se trouve le schéma d'un additionneur avec retenue.

FULL ADDER
Schéma d'additionneur complet

L'évolution des processeurs

La loi de Moore (l'un des fondateur de Intel) stipule que le nombre de transistors dans un processeur double tout les deux ans. En 1971, Intel sort le modèle Intel 4004 basé sur les travaux de John Von Neumann qui constitue une révolution à plusieurs égards :

  • c'est un microprocesseur standardisé : auparavant, les processeurs étaient fabriqués sur mesure, ce qui était bien plus coûteux et moins efficace
  • il comporte 2 300 transistors, une révolution pour l'époque !
  • son coût est moindre
  • il est minuscule et a la capacité de calcul d'un ENIAC (superordinateur de 66 mètres cube)

Le processeur i7, sorti en 2010, possède plus de 1,17 milliards de transistors. La densité de transistor dans les processeurs n'a jamais cessé d'augmenter. Cependant aujourd'hui, on est confronté à un problème de taille, littéralement. En effet, comme les transistors sont extrêmement petits et serrés les uns contre les autres, il peut arriver que des flux d'électrons « débordent » sur le transistor adjacent.

MOORE'S LAW
Graphique de la loi de Moore

Les cycles d'horloge

Le processeur travaille par cycle, que l'on mesure en hertz, c'est-à-dire le nombre de cycles par seconde. À chaque cycle, de nouvelles impulsions sont émises, elles passent dans les transistors pour y être traitées. Pour cela, on distingue plusieurs éléments dans le processeur :

  • l'unité arithmétique et logique : elle effectue les opérations de base
  • l'unité de contrôle : elle séquence les instructions
  • les registres : des mémoires qui stockent des informations qui seront immédiatement traitées au cycle suivant

On entend parfois parler d'architecture 32 ou 64 bits : cela correspond à la taille des registres.

VON NEUMANN
Schéma de l'architecture von Neumann

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