Comment fonctionne un processeur CPU?

Chaque appareil informatique, des simples jouets aux grands systèmes d'entreprise, a un composant essentiel appelé l'unité centrale de traitement. Le processeur effectue des calculs, effectue des comparaisons logiques et déplace les données jusqu'à des milliards de fois par seconde. Il fonctionne en exécutant des instructions simples une par une, déclenchées par un signal de synchronisation maître qui exécute tout l'ordinateur.

Description

Un processeur CPU est une puce informatique de la taille d'une allumette. À l'intérieur du boîtier se trouve un rectangle de silicium contenant des millions de circuits transistorisés. De l'appareil font saillie des dizaines de broches métalliques, dont chacune transporte des signaux électroniques dans et hors de la puce. La puce se branche dans une prise sur la carte de circuit imprimé de l'ordinateur et communique avec la mémoire, les disques durs, les écrans d'affichage et d'autres périphériques externes au processeur.

horloge

Un circuit de synchronisation appelé horloge envoie des impulsions électriques à la CPU. Selon le processeur, l'horloge peut fonctionner à des vitesses allant de centaines de milliers à des milliards de cycles par seconde. Les impulsions pilotent l'activité à l'intérieur du CPU; parce que d'autres circuits dépendent de la même horloge, il maintient les événements complexes dans l'ordinateur synchronisés.

Instructions

Tous les processeurs ont un jeu d'instructions - une liste d'actions que le processeur exécute, y compris l'ajout de nombres, la comparaison de deux éléments de données et le déplacement de données dans le processeur. Le logiciel que vous exécutez sur votre ordinateur se compose de millions d'instructions du processeur disposées dans une séquence; les instructions sont des opérations très simples, de sorte que le processeur en exécute un grand nombre pour accomplir des tâches significatives. Certaines familles de processeurs, tels que ceux utilisés dans les PC de bureau, utilisent le même jeu d'instructions, ce qui leur permet d'exécuter le même logiciel. Les processeurs en dehors d'une famille de produits peuvent utiliser des instructions différentes; Le processeur d'un iPad, par exemple, a des instructions différentes de celles exécutant un ordinateur portable Windows.

ALU

Les processeurs ont un circuit appelé unité arithmétique et logique qui effectue des calculs et des comparaisons. L'arithmétique que la plupart des processeurs exécutent est la multiplication, l'addition, la division et la soustraction de base; les mathématiques complexes telles que les fonctions statistiques sont des combinaisons de nombreuses opérations simples effectuées à grande vitesse. L'ALU effectue également des comparaisons logiques entre deux éléments de données pour déterminer s'ils sont égaux ou si l'un est de plus grande valeur que l'autre.

Unité de contrôle

La CPU contient une unité de contrôle qui coordonne les activités entre les autres pièces de travail du processeur. L'unité de contrôle décompose chaque instruction en un ensemble d'actions et dirige les différents sous-systèmes de l'UC pour effectuer les actions. Par exemple, l'unité de contrôle pourrait demander à l'ALU de multiplier deux nombres ensemble, puis d'ajouter un troisième nombre au résultat.

Mémoire

La puce CPU a une quantité limitée de mémoire très rapide. Il dispose d'un ensemble de zones de stockage appelées registres sur lesquels l'ALU agit directement. Par exemple, l'ALU peut ajouter rapidement le numéro du registre 2 au contenu du registre 1. Le processeur conserve également les instructions et les données récemment utilisées dans une zone appelée cache qui améliore l'efficacité de l'ordinateur. Dans un programme qui multiplie un prix par une quantité, par exemple, le processeur recherche ces nombres dans sa mémoire cache. S'il les trouve, cela évite au processeur le travail supplémentaire de récupérer les nombres à partir de puces de mémoire en dehors du CPU.