Microprocesseur
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.
Microprocesseur - Définition
Histoire
Le microprocesseur (Un microprocesseur est un processeur dont les composants ont été suffisamment...) a été inventé par deux ingénieurs d'Intel: Marcian Hoff (Marcian Hoff surnommé Ted Hoff (28 octobre 1937 à Rochester) est un ingénieur docteur en...) (surnommé Ted Hoff) et Federico Faggin (Federico Faggin (né le 1er décembre 1941 à Vicence, en Vénétie)...). Marcian Hoff a formulé l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) du microprocesseur (une architecture de bloc et un jeu d'instructions) en 1969. Federico Faggin a inventé la conception du microprocesseur (méthodologie de conception nouvelle pour la puce et la logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος),...), fondée pour la première fois sur la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) silicon gate développé par lui en 1968 chez Fairchild ; conception de circuits et de la logique ; nouveau layout ; plusieurs nouvelles solutions techniques) en 1970. Federico Faggin a aussi dirigé la conception du premier microprocesseur jusqu'à son introduction sur le marché en 1971.
En 1990, Gilbert Hyatt a revendiqué la paternité du microprocesseur en se basant sur un brevet qu’il avait déposé en 1970. La reconnaissance de l’antériorité du brevet de Hyatt aurait permis à ce dernier de réclamer des redevances sur tous les microprocesseurs fabriqués de par le monde. Cependant, le brevet de Hyatt a été invalidé en 1995 par l’office américain des brevets, sur la base du fait que le microprocesseur décrit dans la demande de brevet n'avait pas été réalisé, et n'aurait d'ailleurs pas pu l'être avec la technologie disponible au moment du dépôt du brevet.
Le premier microprocesseur commercialisé, le 15 novembre 1971, est l'Intel 4004 (Le 4004 d'Intel est le premier microprocesseur commercialisé. Avec 2300 transistors et une...) 4-bits. Il fut suivi par l'Intel 8008. Ce microprocesseur a servi initialement à fabriquer des contrôleurs graphiques en mode texte (En informatique, le mode texte, par opposition au mode graphique, est un type d'affichage sur...), mais jugé trop lent par le client (Le mot client a plusieurs acceptations :) qui en avait demandé la conception, il devint un processeur (Le processeur, ou CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « Unité centrale de...) d'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) général. Ces processeurs sont les précurseurs des Intel 8080, Zilog Z80, et de la future famille des Intel x86 (La famille x86 regroupe les microprocesseurs compatibles avec le jeu d'instructions de l'Intel...).
Le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) suivant décrit les principales caractéristiques des microprocesseurs fabriqués par Intel, et montre leur fulgurante évolution à la fois en augmentation du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de transistors, en miniaturisation des circuits, et en augmentation de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :). Il faut garder à l'esprit que si ce tableau décrit l'évolution des produits d'Intel, l'évolution des produits des concurrents a suivi avec plus ou moins d'avance ou de retard la même marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un...).
Un programme informatique (Un programme informatique est une liste d'ordres indiquant à un ordinateur ce qu'il doit faire. Il...) est, par essence, un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) d'instructions exécutées par un processeur. Chaque instruction (Une instruction est une forme d'information communiquée qui est à la fois une commande et une...) nécessite un à plusieurs cycles d'horloge, l'instruction est exécutée en autant d'étapes que de cycles nécessaires. Les microprocesseurs séquentiels exécutent l'instruction suivante lorsqu'ils ont terminé l'instruction en cours. Dans le cas du parallélisme d'instructions, le microprocesseur pourra traiter plusieurs instructions dans le même cycle d'horloge, à condition que ces instructions différentes ne mobilisent pas simultanément une unique ressource interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...). Autrement dit, le processeur exécute des instructions qui se suivent, et ne sont pas dépendantes l'une de l'autre, à différents stades d'achèvement. Cette file d'exécution à venir s'appelle un pipeline. Ce mécanisme a été implémenté la première fois dans les années 1960 par IBM (International Business Machines Corporation (IBM) est une société multinationale américaine...).
Les processeurs plus évolués exécutent en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) autant d'instructions qu'ils ont de pipelines, ce à la condition que toutes les instructions à exécuter parallèlement ne soient pas interdépendantes, c'est-à-dire que le résultat de l'exécution de chacune d'entre elles ne modifie pas les conditions d'exécution de l'une des autres. Les processeurs de ce type sont appelés processeurs superscalaires. Le premier ordinateur a être équipé de ce type de processeur était le Seymour Cray (Seymour Roger Cray (28 septembre 1925 à Chippewa Fall dans le Wisconsin - 5 octobre 1996),...) CDC 6600 en 1965. Le Pentium est le premier des processeurs superscalaires pour compatible PC (Un compatible PC, ou simplement un PC, est un ordinateur compatible avec l'IBM PC apparu en 1981....).
Aujourd'hui, les concepteurs de processeurs ne cherchent pas simplement à exécuter plusieurs instructions indépendantes en même temps, ils cherchent à optimiser le temps d'exécution de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des instructions. Par exemple le processeur peut trier les instructions de manière à ce que tous ses pipelines contiennent des instructions indépendantes. Ce mécanisme s'appelle l'exécution out-of-order. Ce type de processeur s'est imposé pour les machines grand public à partir des années 1980 et jusqu'aux années 1990.
L'exemple canonique de ce type de pipeline est celui d'un processeur RISC, en cinq étapes. Le Intel Pentium 4 (Le Pentium 4, produit par Intel, est un microprocesseur x86 de septième génération...) dispose de 35 étages de pipeline. Un compilateur (Un compilateur est un programme informatique qui traduit un langage, le langage source, en un...) optimisé pour ce genre de processeur fournira un code qui sera exécuté plus rapidement.
Pour éviter une perte de temps liée à l'attente de nouvelles instructions, et surtout au délai (Un délai est d'après le Wiktionnaire, « un temps accordé pour faire une...) de rechargement du contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) entre chaque changement de threads, les fondeurs ont ajouté à leurs processeurs des procédés d'optimisation pour que les threads puissent partager les pipelines, les caches et les registres. Ces procédés, regroupés sous l'appellation Simultaneous Multi Threading, ont été mis au point (Graphie) dans les années 1950. Par contre, pour obtenir une augmentation des performances, les compilateurs doivent prendre en compte ces procédés, il faut donc re-compiler les programmes pour ces types de processeurs. Intel a commencé à produire, début des années 2000, des processeurs implémentant la technologie SMT à deux voies. Ces processeurs, les Xeon (Les microprocesseurs Intel Xeon sont des microprocesseurs x86 fabriqués par Intel et...), peuvent exécuter simultanément deux threads qui se partagent les mêmes pipelines, caches et registres. Intel a appelé cette technologie SMT à deux voies : l’Hyperthreading. Le Super-threading est, quant à lui, une technologie SMT dans laquelle plusieurs threads partagent aussi les mêmes ressources, mais ces threads ne s'exécutent que l'un après l'autre et non simultanément.
Depuis longtemps déjà, existait l'idée de faire cohabiter plusieurs processeurs au sein d'un même composant, par exemple les System on Chip. Cela consistait, par exemple, à ajouter au processeur, un coprocesseur arithmétique (L'arithmétique est une branche des mathématiques qui comprend la partie de la...), un DSP, voire un cache mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir...), éventuellement même l'intégralité des composants que l'on trouve sur une carte mère (La carte mère est un matériel informatique (composé de circuits imprimés et de...). Des processeurs utilisant deux ou quatre cores sont donc apparus, comme par exemple le POWER4 d'IBM sorti en 2001. Ils disposent des technologies citées préalablement. Les ordinateurs qui disposent de ce type de processeurs coûtent moins cher que l'achat d'un nombre équivalent de processeurs, cependant, les performances ne sont pas directement comparables, cela dépend du problème traité. Des API spécialisées ont été développées afin de tirer parti au mieux de ces technologies, comme le Threading Building Blocks d'Intel.
| Date | Nom | Nombre de transistors | Finesse de gravure (µm) | Fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de l'horloge | Largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit...) des données | MIPS |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1971 | 4004 | 2 300 | 108 kHz | 4 bits/4 bits bus | ||
| 1974 | 8080 | 6 000 | 6 | 2 MHz | 8 bits/8 bits bus | 0,64 |
| 1979 | 8088 | 29 000 | 3 | 5 MHz | 16 bits/8 bits bus | 0,33 |
| 1982 | 80286 | 134 000 | 1,5 | 6 à 16 MHz (20 MHz chez AMD) | 16 bits/16 bits bus | 1 |
| 1985 | 80386 | 275 000 | 1,5 | 16 à 40 MHz | 32 bits/32 bits bus | 5 |
| 1989 | 80486 | 1 200 000 | 1 | 16 à 100 MHz | 32 bits/32 bits bus | 20 |
| 1993 | Pentium | 3 100 000 | 0,8 à 0,28 | 60 à 233 MHz | 32 bits/64 bits bus | 100 |
| 1997 | Pentium II | 7 500 000 | 0,35 à 0,25 | 233 à 450 MHz | 32 bits/64 bits bus | 300 |
| 1999 | Pentium III (Le Pentium III est un microprocesseur de la gamme x86 d'Intel. Il est de la 6e...) | 9 500 000 | 0,25 à 0,13 | 450 à 1 400 MHz | 32 bits/64 bits bus | 510 |
| 2000 | Pentium 4 | 42 000 000 | 0,18 à 0,065 | 1,3 à 3,8 GHz | 32 bits/64 bits bus | 1 700 |
| 2004 | Pentium 4D « Prescott » | 125 000 000 | 0,09 à 0,065 | 2.66 à 3,6 GHz | 32 bits/64 bits bus | 9 000 |
| 2006 | Core 2™ Duo | 291 000 000 | 0,065 | 2,4 GHz (E6600) | 64 bits/64 bits bus | 22 000 |
| 2007 | Core 2™ Quad | 2*291 000 000 | 0,065 | 3 GHz (Q6850) | 64 bits/64 bits bus | 2*22 000 (?) |
| 2008 | Core 2™ Duo (Penryn) | 410 000 000 | 0,045 | 3,33 GHz (E8600) | 64 bits/64 bits bus | ~24 200 |
| 2008 | Core 2™ Quad (Penryn) | 2*410 000 000 | 0,045 | 3,2 GHz (QX9770) | 64 bits/64 bits bus | ~2*24 200 |
| 2008 | Intel Core i7 (Un microprocesseur Core i7 est un microprocesseur 64 bits fabriqué par Intel. Techniquement,...) (Nehalem) | 731 000 000 | 0,045 (2008) 0,032 (2009) | 2,66 GHz (Core i7 920) 3,33 GHz (Core i7 Ext. Ed. 975) | 64 bits/64 bits bus | ? |
| 2009 | Intel Core i5/i7 (Lynnfield) | 774 000 000 | 0,045 (2009) | 2,66 GHz (Core i5 750) 2,93 GHz (Core i7 870) | 64 bits/64 bits bus | ? |
| 2010 | Intel Core i7 (Gulftown) | 1 170 000 000 | 0,032 | 3,33 GHz (Core i7 980X) | 64 bits/64 bits bus | ? |
Date : l’année de commercialisation du microprocesseur.
Nom : le nom du microprocesseur.
Nombre de transistors : le nombre de transistors contenus dans le microprocesseur.
Finesse de gravure (µm) : le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) (en micromètres) du plus petit fil reliant deux composantes du microprocesseur. En comparaison, l'épaisseur d'un cheveu humain est de 100 microns.
Fréquence de l’horloge : la fréquence de l’horloge de la carte mère qui cadence le microprocesseur. MHz = million(s) de cycles par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...). GHz = milliard(s) de cycles par seconde.
Largeur des données : le premier nombre indique le nombre de bits sur lequel une opération est faite. Le second nombre indique le nombre de bits transférés à la fois entre la mémoire et le microprocesseur.
MIPS : le nombre de millions d’instructions effectuées par le microprocesseur en une seconde.
