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Le cerveau de l’ordinateur c’est le processeur aussi appelé CPU – central processing unit – ou encore processeur. Il effectue les calculs nécessaires au fonctionnement de l’ordinateur et traite les données. C’est la pièce la plus onéreuse de l’ordinateur :
C’est la société Intel qui est considérée comme l’inventeur du processeur dont elle a sorti le premier exemplaire en 1971. Aujourd’hui Intel contrôle la quasi-totalité du marché des processeurs tout au moins en ce qui concerne les PC. Ainsi tous les ordinateurs compatibles PC sont dotés des processeurs de marques Intel ou fabriqué par l’un des rares concurrents d’Intel – AMD ou Cyrix -

Partie 1 : – Caractéristiques du processeur -

2 paramètres principaux servent à identifier un processeur : sa largeur et sa fréquence. La fréquence est un concept relativement simple à comprendre. Elle se mesure en mégahertz et correspond au nombre de millions de cycles par seconde que le processeur est capable d’effectuer. Plus elle est élevée, plus le processeur est rapide. La largeur d’un processeur est un concept un peu plus complexe, car le processeur possède en fait trois paramètres exprimés sous la forme d’une largeur :

• le bus d’E-S de données,
• Le registre interne,
• Le bus d’adresses de mémoire.

-A- Fréquences de processeurs

La vitesse d’horloge d’un PC est mesurée sous la forme d’une fréquence, exprimée en nombre de cycle par seconde. La fréquence d’horloge est mesurée par un oscillateur en cristal à l’aide d’un éclat de quartz inséré dans un petit boîtier en fer blanc. Lorsqu’une tension est appliquée, il commence à vibrer à une fréquence régulière conditionnée par la forme et la taille du cristal. Ces oscillations en provenance du cristal se présentent sous la forme d’un courant alternatif qui constitue le signal d’horloge. Un processeur informatique effectue des millions de cycles par seconde. La vitesse d’un processeur se mesure en MHZ. Un hertz correspond à un cycle par seconde.

Le cycle désigne la plus petite unité de temps au niveau du processeur. Chaque opération nécessite au moins un cycle.

Le temps nécessaire à l’exécution des instructions est variable. Les processeurs 8086 et 8088 ont besoin en moyenne de 12 cycles pour exécuter une seule instruction, les 286 et 386 sont plus performants puisqu’ils n’ont besoin que d’environ 4,5 cycles par instruction. Avec le 486, le chiffre est encore plus faible puisqu’il est de l’ordre de 2 cycles par instruction. L’architecture du Pentium comprend un double pipeline d’instructions ainsi que d’autres améliorations qui permettent d’exécuter 1 à 2 instructions par cycle. Le Pentium 2 peut exécuter 3 instructions par cycles, voire davantage.

Compte tenu de ces différences de temps d’exécution, il est malvenu de comparer les performances de 2 processeurs sur la seule fréquence d’horloge. Certains types de processeurs sont plus efficaces que d’autres.
Par exemple un Pentium exécute 2 fois plus d’instructions en un même nombre de cycle qu’un 486. Ainsi un 486 cadencé à 133 MHZ tel que l’AMD 5x86-133 n’est pas plus rapide qu’un Pentium cadence à 75 MHZ.

Si l’on compare les performances relatives des différents types de processeurs, on peut constater qu’un Pentium 2 cadencé à 500 MHZ équivaut à un Pentium cadencé à 750 MHZ, qui équivaut à un 486 cadencé à 1400 MHZ, qui équivaut à un 386 ou à un 286 cadencé à 2800 MHZ, qui équivaut à un 8088 cadencé à 5800 MHZ. Sachant que celui-ci était cadencé à 4,77 MHZ, on peut dire que les ordinateurs actuels sont 1000 fois plus rapides que les premiers.

Pour comparer des processeurs entre eux, il faut aussi prendre en compte l’architecture physique du PC. Pour assurer une fiabilité dans les indices de mesure ? Intel a mis au point une série de test qui définissent l’indice de performances i-comp de chaque processeur. Les tests de performances portent sur l’efficacité du processeur pour les opérations sur les entiers et sur les opérations à virgule flottante, ainsi que pour les traitements multimédias.

Fréquence de processeur et fréquence de carte mère :

Il ne faut pas confondre fréquence de processeur et fréquence de carte mère : depuis le 486 DX2, tous les processeurs modernes fonctionnent à une fréquence qui est un multiple de celle de la carte mère. Ainsi un Pentium 2-333- fonctionne à 5 fois une fréquence de carte mère de 66 MHZ, Un Pentium 2-450 fonctionne à 4.5 fois une fréquence de carte mère de 100 MHZ.

Normalement, il est possible de modifier les paramètres de fréquence et de multiplicateur de la carte mère à l’aide de cavaliers ou de tous autres outils de configuration située sur la carte mère.

-B- Bus de données

Pour décrire un processeur, on peut faire référence à la largeur de son bus de données externe. Cette largeur permet de savoir combien de bits de données peuvent être déplacés à destination ou en provenance du processeur au cours d’un cycle. Un bus est tout simplement une série de connexions qui véhiculent des signaux courants. Imaginez 2 fils tendus d’un immeuble à un autre, faites y passe un courant alternatif de 220 V et placez quelques prises à des endroits bien choisis sur les fils : Vous avez un bus d’alimentation, quelle que soit la prise dans laquelle vous avez branché le bus, le signal auquel vous accédez est identique, dans ce cas précis, il s’agit d’un courant alternatif de 220 V. Tout moyen de transmission équipé de plus d’un connecteur à chaque extrémité peut être considérée comme un bus. Un ordinateur type possède en principe plusieurs bus internes et externes.

Le bus dont on parle le plus est le bus de données externe. Il s’agit de l’ensemble des fils ou broches utilisés pour envoyer et recevoir des données. Plus, il est possible d’envoyer de signaux simultanément, plus il est possible de transférer des données simultanément, et plus le bus est rapide. Un bus très large peut être comparé à une autoroute comportant un grand nombre de voies. Plus le bus est large, plus son débit est important.

Dans un ordinateur, les données sont envoyées sous forme d’informations numériques au sein d’un même intervalle de temps, l’ordinateur génère une tension de 5 V pour signaler un bit de données 1, et une tension de 0 V pour signaler un bit de données 0. Plus le nombre de fils est important, plus le nombre d’octets transférés en un intervalle de temps est important. Un 386 comporte 16 fils d’émission et de réception de données et possède un bus de données d’une largeur de 16 bits. Un processeur 32 bits comme le 486 dispose de deux fois plus de fils dédiés aux transferts simultanés qu’un processeur 16 bits. Il est donc capable d’envoyer deux fois plus d’informations qu’une puce 16 bits dans le même temps. Les Pentium possèdent un bus de données externe de 64 bits, ils peuvent donc transférer 64 bits de données à la fois à destination et en provenance de la mémoire vive.

La largeur du bus de données conditionne la taille d’un banc de mémoire. Cela signifie qu’un processeur 32 bits lit et écrit 32 bits de données à la fois dans la mémoire. Les processeurs Pentium lisent et écrivent 64 bits de données à la fois dans la mémoire.

-C- Registres internes

La taille des registres interne est un bon indicateur de la quantité d’informations que celui-ci peut gérer en un temps donné et de la façon dont il déplace les données en interne.

Un registre est une cellule de stockage située à l’intérieur du processeur. Elle détermine la quantité de données que le processeur peut traiter. Elle décrit aussi les types de logiciels ou de commandes et d’instructions que le processeur peut exécuter.

-D- Bus d’adresses

C’est l’ensemble des fils qui transporte les informations d’adressage utilisées pour décrire la zone de mémoire dans laquelle les données sont envoyées ou de laquelle les données proviennent. A l’instar du bus de données, chaque fil transporte un seul bit d’information. Ce bit est un chiffre unique de l’adresse. Plus, il y’a de fils ( chiffres) utilisées pour calculer ces adresses, plus le nombre de zones d’adresses est important. La taille ou largeur du bus d’adresses indique la quantité de RAM maximale que le processeur peut adresser.

Si le bus de données est représenté par l’autoroute et si sa taille correspond au nombre de voies, le bus d’adresses correspond au numéro de maison. Par exemple, si vous habitez une rue ou il n’y a que des numéros à 2 chiffres, il ne peut y avoir que 100 adresses distinctes dans la rue (10 à la puissance 2). Si on ajoute un chiffre, le nombre d’adresse passera à 1000, soit 10 à la puissance 3.

Les ordinateurs utilisent un système d’adressage binaire – base 2-, Ainsi, un nombre à 2 chiffres offre 4 combinaisons (2 à la puissance 2), un nombre à 3 chiffres ne permet de coder que 8 adresses.
Les processeurs 8088 utilisent un bus d’adresse de 20 bits qui permet de coder à la puissance 20, 20 adresses, soit 1 048 576 octets – 1 Mo – d’adresses.

Un Pentium 2 a un bus d’adresse de 36 bits soit 64 Go d’adresses. Le Pentium a un bus de 32 bits soit 4 Go d’espace adressable.

-E- Mémoire cache interne – de niveau 1 –

C’est une zone de mémoire très rapide intégrée au processeur. Elle sert à stocker une partie du jeu de code et de données en cours d’utilisation. Aucun temps d ‘attente est nécessaire pour accéder à la mémoire cache car elle est parfaitement capable de suivre la fréquence du noyau du processeur.

L’utilisation de mémoire réduit un goulet d’étranglement très fréquent sur les ordinateurs car la RAM système est beaucoup plus lente que le processeur. Sur beaucoup de PC moderne, elle est la seule à pouvoir suivre le rythme du processeur. La RAM connectée à la carte mère ne peut dépasser la fréquence de celle ci, soit 66 MHZ, soit 100 MHZ ou encore 133 MHZ pour la DRAM.

Les Pentium 2 disposent de 32 ko de cache L1 composé de deux blocs distincts de 16 ko chacun. Le 486 en possède au plus 8 ko.

-F- Mémoire cache externe – de niveau 2 –

La plupart des PC, depuis le 486, comportent également une mémoire cache externe – L 2 – constitué de puces SRAM extrêmement rapide, avec des temps d’accès de 15 nanosecondes – 60 ns pour l’EDO – Son rôle est identique à celui de la mémoire cache interne. Elle contient des informations destinées au processeur.

Cette mémoire peut être soit intégrée à la carte mère – 486, Pentium – soit intégrée au processeur comme sur les Celerons et Pentium Pro, ou encore intégrée au boîtier du processeur comme pour le P2.

Le lieu ou se trouve la mémoire cache de niveau 2 est important car elle influe sur sa vitesse de travail. Intégré au processeur, elle suit sa fréquence, sur son boîtier, elle divise sa fréquence par 2. Sur la carte mère, elle suit la fréquence de celle ci. N’oublions pas que les RAM FPM et EDO offrent une fréquence de 16 MHZ contre 100 pour la SDRAM.

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