Concepts de microprocesseur

Microprocessorest le cerveau de l'ordinateur, qui fait tout le travail. C'est un processeur informatique qui intègre toutes les fonctions du CPU (Central Processing Unit) sur un seul IC (Integrated Circuit) ou tout au plus quelques IC. Les microprocesseurs ont été introduits pour la première fois au début des années 1970. 4004 était le premier microprocesseur à usage général utilisé par Intel dans la construction d'ordinateurs personnels. L'arrivée de microprocesseurs à usage général à faible coût a joué un rôle déterminant dans le développement de la société moderne telle qu'elle l'a fait.

Nous étudierons en détail les caractéristiques et les composants d'un microprocesseur.

Caractéristiques des microprocesseurs

Les microprocesseurs sont des dispositifs polyvalents qui peuvent être conçus pour des fonctions génériques ou spécialisées. Les microprocesseurs des ordinateurs portables et des smartphones sont à usage général, tandis que ceux conçus pour le traitement graphique ou la vision industrielle sont spécialisés. Certaines caractéristiques sont communes à tous les microprocesseurs.

Ce sont les caractéristiques les plus importantes d'un microprocesseur -

  • Vitesse de l'horloge
  • Jeu d'instructions
  • Taille de mot

Vitesse de l'horloge

Chaque microprocesseur a un internal clockqui régule la vitesse à laquelle il exécute les instructions et le synchronise également avec d'autres composants. La vitesse à laquelle le microprocesseur exécute les instructions est appeléeclock speed. Les vitesses d'horloge sont mesurées en MHz ou en GHz où 1 MHz signifie 1 million de cycles par seconde tandis que 1 GHz équivaut à 1 milliard de cycles par seconde. Ici, le cycle fait référence à un seul cycle de signal électrique.

Actuellement, les microprocesseurs ont une vitesse d'horloge de l'ordre de 3 GHz, ce qui est le maximum que la technologie actuelle peut atteindre. Des vitesses plus élevées génèrent suffisamment de chaleur pour endommager la puce elle-même. Pour surmonter cela, les fabricants utilisent plusieurs processeurs travaillant en parallèle sur une puce.

Taille de mot

Le nombre de bits qui peuvent être traités par un processeur dans une seule instruction est appelé son word size. La taille des mots détermine la quantité de RAM accessible en une seule fois et le nombre total de broches sur le microprocesseur. Le nombre total de broches d'entrée et de sortie détermine à son tour l'architecture du microprocesseur.

Le premier microprocesseur commercial Intel 4004 était un processeur 4 bits. Il avait 4 broches d'entrée et 4 broches de sortie. Le nombre de broches de sortie est toujours égal au nombre de broches d'entrée. Actuellement, la plupart des microprocesseurs utilisent une architecture 32 bits ou 64 bits.

Jeu d'instructions

Une commande donnée à une machine numérique pour effectuer une opération sur une donnée est appelée un instruction. L'ensemble d'instructions de base au niveau de la machine qu'un microprocesseur est conçu pour exécuter est appelé soninstruction set. Ces instructions effectuent ces types d'opérations -

  • Transfert de données
  • Opérations arithmétiques
  • Opérations logiques
  • Contrôle du flux
  • Contrôle entrée / sortie et machine

Composants du microprocesseur

Par rapport aux premiers microprocesseurs, les processeurs actuels sont très petits mais ils ont toujours ces pièces de base dès le premier modèle -

  • CPU
  • Bus
  • Memory

CPU

Le processeur est fabriqué comme un circuit intégré à très grande échelle (VLSI) et comporte ces pièces -

  • Instruction register - Il contient l'instruction à exécuter.

  • Decoder - Il décode (convertit en langage de niveau machine) l'instruction et l'envoie à l'ALU (Arithmetic Logic Unit).

  • ALU - Il dispose des circuits nécessaires pour effectuer des opérations de séquençage arithmétique, logique, mémoire, registre et programme.

  • Register- Il contient les résultats intermédiaires obtenus lors du traitement du programme. Les registres sont utilisés pour conserver de tels résultats plutôt que la RAM, car l'accès aux registres est presque 10 fois plus rapide que l'accès à la RAM.

Autobus

Les lignes de connexion utilisées pour connecter les parties internes de la puce du microprocesseur sont appelées bus. Il existe trois types de bus dans un microprocesseur -

  • Data Bus- Les lignes qui transportent des données vers et depuis la mémoire sont appelées bus de données. Il s'agit d'un bus bidirectionnel de largeur égale à la longueur de mot du microprocesseur.

  • Address Bus - Il s'agit d'un unidirectionnel responsable du transport de l'adresse d'un emplacement de mémoire ou d'un port d'E / S du CPU vers la mémoire ou le port d'E / S.

  • Control Bus - Lignes qui transportent des signaux de contrôle comme clock signals, interrupt signal ou ready signalsont appelés bus de contrôle. Ils sont bidirectionnels. Le signal indiquant qu'un périphérique est prêt pour le traitement est appeléready signal. Le signal qui indique à un appareil d'interrompre son processus est appelé uninterrupt signal.

Mémoire

Le microprocesseur a deux types de mémoire

  • RAM- La mémoire à accès aléatoire est une mémoire volatile qui est effacée lorsque l'alimentation est coupée. Toutes les données et instructions sont stockées dans la RAM.

  • ROM- La mémoire en lecture seule est une mémoire non volatile dont les données restent intactes même après la mise hors tension. Le microprocesseur peut y lire à tout moment mais ne peut pas y écrire. Il est préprogrammé avec les données les plus essentielles comme la séquence de démarrage par le fabricant.