Le processeur - CPU

Le processeur (CPU, pour « Central Processing Unit », soit « Unité Centrale de Traitement ») est à la base de tous les calculs : c'est le « cerveau » de l'ordinateur.

Il permet de manipuler des informations numériques, c'est-à-dire des informations codées sous forme binaire, et d'exécuter les instructions stockées en mémoire.

Histoire de l'informatique

Le premier microprocesseur (Intel 4004) a été inventé en 1971. Il s'agissait d'une unité de calcul de 4 bits, cadencé à 108 kHz. Depuis, la puissance des microprocesseurs a augmenté exponentiellement.

Fonctionnement

Le processeur est un circuit électronique cadencé au rythme d'une horloge interne, grâce à un cristal de quartz qui, soumis à un courant électrique, envoie des impulsions, appelées « top ».

La fréquence d'horloge (aussi appelée « cycle ») correspond au nombre d'impulsions par seconde et s'exprime en Hertz (Hz). Par exemple, un ordinateur à 200 MHz possède une horloge qui envoie 200 000 000 battements par seconde.
La fréquence d'horloge est généralement un multiple de la fréquence du système (FSB pour « Front-Side Bus »), c'est-à-dire un multiple de la fréquence de la carte mère.

Principe

A chaque top d'horloge, le processeur exécute une action. Cette action correspond soit à une instruction soit à une partie d'instruction.

L'indicateur appelé CPI (Cycles Par Instruction) permet de représenter le nombre moyen de cycles d'horloge nécessaire à l'exécution d'une instruction sur un microprocesseur. La puissance du processeur peut ainsi être caractérisée par le nombre d'instructions qu'il est capable de traiter par seconde. L'unité utilisée est le MIPS (Millions d'Instructions Par Seconde). Cela correspond à la fréquence du processeur que divise le CPI.

Grossièrement, la fréquence d'horloge caractérise le nombre d'opérations que le processeur peut effectuer en une seconde. De nos jours, cette fréquence est de plusieurs GHz.

A savoir

Une fréquence de 1 GHz permet au microprocesseur d'effectuer environ 1 milliard d'opérations par seconde.

Dissipateur

Une opération de microprocesseur correspond physiquement à une transmission de courant électrique dans un circuit métallique (nanoscopique). Par conséquent, un processeur rayonne thermiquement (il s'échauffe). Il est donc nécessaire d'en dissiper la chaleur pour éviter que ses circuits ne fondent.

Pour cette raison, un microprocesseur est généralement surmonté d'un dissipateur thermique (appelé parfois refroidisseur ou radiateur), composé d'un métal ayant une bonne conduction thermique (cuivre ou aluminium) et chargé d'augmenter la surface d'échange thermique du microprocesseur grâce à des « ailettes » des ailettes. Généralement, un ventilateur accompagne le dissipateur afin d'améliorer la circulation de l'air autour du dissipateur et améliorer l'échange de chaleur.

L'ensemble Ventilateur + Radiateur est généralement dénommé « ventirad ».

Le boîtier qui contient l'ordinateur est souvent équipé lui aussi de ventilateurs qui sont chargés d'extraire l'air chaud du boîtier et permettre à l'air frais provenant de l'extérieur d'y entrer.
Pour éviter les bruits liés au ventilateur et améliorer la dissipation de chaleur, il est également possible d'utiliser un système de refroidissement à eau (dit watercooling).