Qu'est-ce qu'un processeur ? Le CPU ou Central Processing Unit est le cerveau de calcul d'un ordinateur. Tout ce que fait un ordinateur, qu'il s'agisse de jouer à des jeux vidéo^{(video games)} ou de vous aider à rédiger un essai, est décomposé en un ensemble d'instructions mathématiques. Le CPU prend ces instructions et les exécute. 

Les détails de la façon dont il le fait sont, bien sûr, beaucoup^{(much )} plus compliqués que cette simple explication. La chose la plus importante que vous devez savoir est que le CPU est le principal moteur mathématique d'un ordinateur.

La (très) brève histoire des processeurs^{(The (Extremely) Short History Of CPUs)}

L'histoire de l'informatique est longue et complexe. Elle remonte aussi plus loin dans l'histoire que le numérique, l'électronique ou encore l'électricité. Un boulier est une sorte de processeur. Il en va de même pour les calculatrices mécaniques. La grande différence est que ces machines ne peuvent effectuer qu'une ou quelques tâches mathématiques. Ce ne sont pas des processeurs à usage général , dont le ^{(general purpose)}processeur^(CPU) moderne est un exemple.

Ce qui fait d'un processeur^(CPU) un appareil de calcul à usage général, c'est l'utilisation de la logique. En 1903 , Nikola Tesla a^{(Nikola Tesla)} breveté des circuits électriques appelés portes et interrupteurs. En utilisant ces circuits, vous pourriez construire des dispositifs qui effectuent des opérations logiques, où vous pourriez faire agir la machine sous certaines conditions. 

Du milieu à la fin des années 1940 , William Shockley , John Bardeen et Walter Brattain ont inventé et breveté un appareil appelé transistor, alors qu'ils travaillaient aux laboratoires ^{(Laboratories)}Bell . Le transistor est le bloc de construction de base d'un processeur^(CPU) . Les transistors sont des composants informatiques relativement petits. Le transistor est une invention si importante que les trois inventeurs ont reçu un prix Nobel^{(Nobel Prize)} pour cela.

À la fin des années 1950, Robert Noyce et Jack Kilby sont allés encore plus loin et ont créé le premier circuit intégré^{(integrated circuit)} fonctionnel . Un circuit intégré est un ensemble de circuits électroniques intégrés dans une seule pièce de matériau semi-conducteur. Dans la plupart des cas, ce matériau est du silicium. C'est ce que les gens veulent dire quand ils disent « micropuce ». 

Un CPU se compose d'une ou plusieurs micropuces. Il s'agit d'une invention importante car des milliards de transistors peuvent être regroupés dans un seul processeur^(CPU) . Cela crée des moteurs mathématiques incroyablement puissants.

Grâce aux inventions des portes logiques, des transistors et des circuits intégrés, le monde entier a changé. Les micropuces sont partout de nos jours, pas seulement dans votre ordinateur. Et les processeurs^(CPUs) sont les micropuces polyvalentes les plus avancées que nous puissions fabriquer.

Comment fonctionnent les processeurs ?^{(How Do CPUs Work?)}

Tout le principe d'un CPU est basé sur du code binaire^{(binary code)} . Les êtres humains ont tendance à représenter les nombres en utilisant un système appelé base 10 ou le système décimal. Les valeurs de position de chaque chiffre dans un nombre augmentent d'un facteur dix. Donc "111" contient cent, dix et un.

Les ordinateurs et leurs processeurs^(CPUs) ne peuvent pas du tout comprendre la base 10. Les transistors fonctionnent sur le principe d'être allumés ou éteints. Ce qui signifie que les portes logiques que vous construisez à partir d'eux ne peuvent également fonctionner qu'avec ces deux états. C'est pourquoi, fondamentalement, les processeurs^(CPUs) fonctionnent sur du code binaire^{(binary code)} . Ce système de numération a différentes valeurs de position. Au lieu de cela, si 1, 10, 100, 1000 et ainsi de suite, les valeurs de position sont 1,2,4,8,16,32,64,128 et ainsi de suite. 

Donc, en binaire, "111" serait 7 en nombres décimaux puisque vous additionnez 1, 2 et 4 ensemble. Si l'un des nombres est un zéro, il suffit de le sauter et d'ajouter la valeur de position du 1 suivant. De cette façon, vous pouvez exprimer n'importe quelle valeur décimale. Notez simplement^(Just) que les nombres binaires sont souvent lus de droite à gauche, de sorte que la valeur de position "1" serait à l'extrême droite.

Mettons-le dans un tableau pour le rendre parfaitement clair :

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	0	0	0	0	0

Pouvez-vous voir pourquoi cela correspond au nombre 7 en décimal ? Faisons le numéro 23 :

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	1	0	0	0	0

Donc 111 est "7", mais "11101" est 23 parce que la valeur de cinquième position en binaire est 16. Plutôt^(Pretty) cool, non ? Vous pouvez exprimer n'importe quel nombre possible qui peut être écrit en décimal de cette façon. Ce qui signifie que les ordinateurs construits à partir de transistors peuvent également fonctionner avec n'importe quel nombre.

Comment sont fabriqués les processeurs ?

Le processus de production des processeurs^(CPUs) modernes est également, comme vous vous en doutez, assez complexe. Le processus de base consiste à faire croître de grands cylindres de cristal de silicium. Ses propriétés semi-conductrices le rendent idéal pour construire un circuit intégré binaire.

Ces gros cristaux sont découpés en tranches minces. Les plaquettes sont ensuite « dopées » avec un autre produit chimique pour affiner ses propriétés. Le circuit à l'échelle nanométrique est ensuite gravé dans la surface de la plaquette à l'aide de la lumière à l'aide d'un processus connu sous le nom de photolithographie^{(photolithography)} .

Conception et performances du processeur

Les processeurs^(CPUs) ne sont pas tous égaux. Le premier véritable ancêtre du CPU^(CPU) moderne , l' Intel 8086 , avait environ 29 000 transistors dans son circuit intégré. Aujourd'hui, un processeur comme l' Intel i99900K compte un peu plus de 1,7 milliard^(billion) de transistors. Plus les circuits logiques d'un CPU sont denses , plus le nombre d'instructions qu'il peut exécuter par cycle d'horloge est complexe et élevé. 

Attendez^(Hang) , "cycle d'horloge" ? Oui, c'est l'autre composant majeur des performances du processeur^(CPU) . Un processeur^(CPU) fonctionne à une fréquence particulière, à chaque impulsion de l' horloge du processeur^(CPU) , un cycle de calculs est effectué. Si vous prenez le même processeur^(CPU) et doublez sa vitesse d'horloge, alors (en théorie), il devrait fonctionner deux fois plus vite. 

Cet Intel 8086^{(Intel 8086)} de 1978 fonctionnait à 5 MHz lors de son lancement. C'est cinq millions de cycles d'horloge par seconde. L' Intel i9-9900K ? Il commence^{(starts )} à 3,6 Ghz. That 3600 Mhz , avec la possibilité d'augmenter les choses jusqu'à 5000 Mhz lorsque cela est possible.

Pour ajouter encore une autre ride aux performances du processeur , les ^(CPU)processeurs^(CPUs) modernes contiennent en fait plusieurs « cœurs ». Chaque cœur est en fait un processeur^(CPU) indépendant lui-même. De nos jours, il est courant d'avoir au moins quatre cœurs de ce type, mais dernièrement, la norme veut que les ordinateurs grand public aient six ou huit cœurs. Les ordinateurs professionnels haut de gamme peuvent avoir environ 100 cœurs  de processeur .^(CPU)

Avoir plusieurs cœurs signifie que le processeur^(CPU) peut exécuter plusieurs ensembles d'instructions en parallèle. Ce qui signifie que nos ordinateurs peuvent faire plusieurs choses à la fois sans problème. Certains processeurs^(CPUs) ont des cœurs "multithreadés". Ces cœurs peuvent eux-mêmes gérer deux tâches distinctes chacun. Dans les processeurs Intel^{(Intel CPUs)} , cela s'appelle « hyperthreading ».

Ainsi, la performance totale d'un processeur^(CPU) se résume à une combinaison de :

• C'est le nombre total de transistors et l'état d'avancement de la conception de ses circuits logiques
• La fréquence d'horloge^{(clock frequency)}
• Le nombre de cœurs^{(number of cores)}
• Le nombre de fils

Il y a, bien sûr, plus que ces quatre points principaux. Cependant, ce sont les quatre principales considérations pour faire en sorte qu'un processeur^(CPU) fonctionne bien.

Le rôle^(Role) du processeur^(CPU) dans votre ordinateur^{(Your Computer)}

La dernière chose que nous devons couvrir est le travail que le processeur^(CPU) joue sur votre ordinateur. Ce n'est, après tout, pas la seule puce à circuit intégré de votre ordinateur. Par exemple, les GPU^(GPUs) (unités de traitement graphique) sont souvent encore plus denses en transistors qu'un CPU .

Ils ont besoin de leur propre système de refroidissement et d'alimentation, ainsi que de mémoire. C'est comme un petit ordinateur supplémentaire ! La même chose peut être dite pour les puces qui contrôlent votre trafic audio, USB et disque dur. ^(USB)Alors pourquoi le CPU est- il spécial ? Voici les principales raisons :

• Il peut traiter N'IMPORTE QUELLE^(ANY) instruction, un GPU ne fait que certains types de traitement
• Il relie tous les autres composants ensemble, en poussant et en extrayant des données pour faire fonctionner votre ordinateur
• Le CPU est impliqué dans tout le travail que l'ordinateur est invité à faire dans une certaine mesure

En bref, le processeur^(CPU) est le composant de performance à usage général le plus important de votre ordinateur. Ne^(Don) le prenez pas pour acquis !

What Is a CPU & What Does It Do?

What is a CРU? The CPU or Central Processing Unit is the number-crunching brain of a computer. Everything a computer does, from playing video games to helping you write an essay, is broken down into a set of mathematical instructions. The CPU takes those instructions and executes them. 

The details of how it does this is, of course, much more complicated than that simple explanation. The most important thing you need to know is that the CPU is the main mathematical engine of a computer.

The (Extremely) Short History Of CPUs

The history of computing is long and complex. It also goes further back into history than digital technology, electronics or even electricity. An abacus is a sort of processor. So are mechanical calculators. The big difference is that these machines can only do one or a few mathematical tasks. They aren’t general purpose processors, which the modern CPU is an example of.

What makes a CPU a general purpose calculation device is the use of logic. In 1903 Nikola Tesla patented electrical circuits known as gates and switches. Using these circuits, you could build devices that perform logical operations, where you could have the machine act on certain conditions. 

In the mid- to late- 1940s William Shockley, John Bardeen and Walter Brattain invented and patented a device called a transistor, while working at Bell Laboratories. The transistor is the basic building block of a CPU. Transistors are relatively tiny computer components. The transistor is such an important invention that the three inventors were awarded a Nobel Prize for it.

In the late 1950s, Robert Noyce and Jack Kilby went one massive step further and created the first working integrated circuit. An integrated circuit is a set of electronic circuits integrated into a single piece of semiconductor material. In most cases, that material is silicon. This is what people mean when they say “microchip”. 

A CPU consists of one or more microchips. This is an important invention because billions of transistors can be packed into a single CPU. This creates incredibly powerful mathematical engines.

Using the inventions of logic gates, transistors and integrated circuits, the entire world has been changed. Microchips are in everything these days, not just your computer. And CPUs are the most advanced general-purpose microchips we can make.

How Do CPUs Work?

The entire principle of a CPU is based on binary code. Human beings tend to represent numbers using a system called base 10 or the decimal system. The place values of each digit in a number go up by a factor of ten. So “111” contains one hundred, ten and one.

Computers and their CPUs can’t understand base 10 at all. Transistors work on the principle of either being on or off. Which means the logic gates you build from them can also only work with these two states. This is why, fundamentally, CPUs run on binary code. This number system has different place values. Instead if 1, 10, 100, 1000 and so on, the place values are 1,2,4,8,16,32,64,128 and so on. 

So in binary “111” would be 7 in decimal numbers Since you add 1,2, and 4 together. If any of the numbers are a zero, you simply skip it and add the place value of the next 1. This way you can express any decimal value. Just note that binary numbers are often read from right to left, so the “1” place value would be at the far right.

Let’s put it in a table to make it crystal clear:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	0	0	0	0	0

Can you see why it adds up to the number 7 in decimal? Let’s do the number 23:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	1	0	0	0	0

So 111 is “7”, but “11101” is 23 because the fifth place value in binary is 16. Pretty cool, right? You can express any possible number that can be written in decimal this way. Which means computers built from transistors can work with any numbers as well.

How Are CPUs Made?

The production process of modern CPUs is also, as you’d expect, pretty complex. The basic process involves growing large cylinders of silicon crystal. Its semiconductor properties make it ideal for building a binary integrated circuit.

These large crystals are sliced into thin wafers. The wafers are then “doped” with another chemical to fine tune its properties. The nano-scale circuitry is then etched into the wafer surface using light using a process known as photolithography.

CPU Design and Performance

CPUs are not all made equal. The first proper ancestor of the modern CPU, the Intel 8086, had about 29 000 transistors in its integrated circuit. Today, a processor like the Intel i99900K has just over 1.7 billion transistors. The denser the logic circuits of a CPU, the more complex and higher the number of instructions it can perform per clock cycle. 

Hang on, “clock cycle”? Yes, that’s the other major component of CPU performance. A CPU runs at a particular frequency, with each pulse of the CPU clock a cycle of calculations are done. If you take the same CPU and double it’s clock speed then (in theory) it should perform twice as fast. 

That 1978 Intel 8086 ran at 5Mhz when it was launched. That’s five million clock cycles per second. The Intel i9-9900K? It starts at 3.6 Ghz.That 3600 Mhz, with the option to ramp things up to 5000 Mhz when possible.

To add yet another wrinkle to CPU performance, modern CPUs actually contain multiple “cores”. Each core is actually an independent CPU itself. It’s typical to have at least four such cores these days, but lately the norm has been for mainstream computers to have six or eight cores. High end professional computers may have in the region of a 100 CPU cores. 

Having multiple cores means that the CPU can perform multiple sets of instructions in parallel. Which means our computers can do many things at once without issue. Some CPUs have “multithreaded” cores. These cores can themselves handle two separate tasks each. In Intel CPUs this is branded as “hyperthreading”.

So the total performance of a CPU comes down to a combination of:

• It’s total transistor count and how advanced the design of its logic circuits are
• The clock frequency
• The number of cores
• The number of threads

There is, of course, more to it than these four main points. However, those are the four main considerations for making a CPU perform well.

The Role of the CPU in Your Computer

The last thing we have to cover is what job the CPU plays in your computer. It is, after all, not the only integrated circuit microchip in your computer. For example, GPUs (graphics processing units) are often even more transistor-dense than a CPU.

They need their own cooling and power supply, as well as memory. It’s like a small extra computer! The same can be said for the chips that control your sound, USB and hard drive traffic. So why is the CPU special? These are the main reasons:

• It can process ANY instruction, a GPU only does certain types of processing
• It ties all the other components together, pushing and pulling data to make your computer work
• The CPU is involved with all work the computer is asked to do to some extent

In short, the CPU is the most important general-purpose performance component in your computer. Don’t take it for granted!

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