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INSFP SBA / LABO : MEMI CHAPITRE : 06 I. CHAP 06 : MICROPROCESSEUR MICROPROCESSEUR Historique: Jusqu’au début des années 1970, les différents composants électroniques formant un processeur ne pouvaient tenir sur un seul circuit intégré. On devait donc les placer sur plusieurs circuits intégrés. En 1971, la société américaine Intel réussit, pour la première fois, à placer tous les transistors qui constituent un processeur sur un seul circuit intégré donnant ainsi naissance au microprocesseur,c'était un processeur d'une architecture de 4 bits fonctionnant aux alentours de 108 KHz Cette miniaturisation a permis : 1. D'augmenter les vitesses de fonctionnement des processeurs, grâce à la réduction des distances entre les composants. 2. De réduire les coûts, grâce au remplacement de plusieurs circuits par un seul. 3. D'augmenter la fiabilité : en supprimant les connexions entre les composants du processeur, on supprime l'un des principaux vecteurs de panne. 4. De créer des ordinateurs bien plus petits : les microordinateurs . 5. De réduire la consommation énergétique. II. Définition: Le microprocesseur est le cœur du micro-ordinateur. C'est lui qui exécute les programmes. De ses capacités et de sa vitesse dépendent en grande partie les performances du PC. Dans un ordinateur, le microprocesseur n'est pas visible car il est enfermé dans un boîtier de céramique ou de résine. Ce boîtier est scellé et ne peut être ouvert sans détruire le microprocesseur. Le microprocesseur proprement dit est constitué d'une pastille de silicium sur laquelle sont gravés, par un procédé photochimique, de minuscules circuits. Ces circuits sont composés de l'équivalent de millions de transistors. La taille d'un microprocesseur de PC est d'environ 1 cm x 1,5 cm. Mr : HALAILI.M Page 1 INSFP SBA / LABO : MEMI III. CHAP 06 : MICROPROCESSEUR Familles de microprocesseurs Dans le monde des PC, les principaux fabricants sont : INTEL, IBM, CYRIX, AMD, NEXGEN(désormais racheté par AMD), CENTAUR et TEXAS INSTRUMENT. Sur les autres systèmes,il y a aussi : MOTOROLA (principalement Macintosh), ARM, ATT, DEC, HP, MIPS etSUN. Dans le domaine des compatibles, Intel a été et reste le pionnier. La famille la plus connue par le grand public est la famille x86, développée principalement par les entreprises Intel (fabricant du Pentium), AMD (fabricant de l'Athlon), VIA et Transmeta. Les deux premières entreprises dominent le marché et elles fabriquent la plus grande part des microprocesseurs pour micro-ordinateurscompatibles PC. Intel fournit également les microprocesseurs pour les micro-ordinateurs Macintosh depuis 2006. IV. Caractéristiques des micro-processeurs Un microprocesseur est défini par : 1. Des caractéristiques physiques : nombre de fils de communication (Buse de données) capacité de mémoire cache interne 2. Des caractéristiques électriques : sa tension de fonctionnement (2, 3, 4, 5.. Volts) sa puissance consommée sa vitesse de fonctionnement exprimée en hertz. 3. Des caractéristiques logiques : son architecture RISC (Reduced Instruction Set Calculator) : avec une fréquence assez élevée ou son architecture CISC (Complete Instruction Set Calculator) : avec un jeu d'instruction le plus complet possible son jeu d'instructions : le MIPS (million d'instructions par seconde) Mr : HALAILI.M Page 2 INSFP SBA / LABO : MEMI CHAP 06 : MICROPROCESSEUR 1. Caractéristiques des microprocesseurs fabriqués par Intel : Le tableau suivant décrit les principales caractéristiques des microprocesseurs fabriqués par Intel 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 (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. 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. Mr : HALAILI.M Page 3 INSFP SBA / LABO : MEMI V. CHAP 06 : MICROPROCESSEUR La mémoire cache : La mémoire cache (également appelée antémémoire ou mémoire tampon) est une mémoire rapide permettant de réduire les délais d'attente des informations stockées en mémoire vive. En effet, la mémoire centralede l'ordinateur possède une vitesse bien moins importante que le processeur. Il existe néanmoins des mémoires beaucoup plus rapides (SRAM), mais dont le coût est très élevé. La solution consiste donc à inclure ce type de mémoire rapide à proximité du processeur et d'y stocker temporairement les principales données devant être traitées par le processeur. Les ordinateurs récents possèdent plusieurs niveaux de mémoire cache : (Unité de virgule flottante) Mémoire cache de premier niveau (appelée L1 Cache, pour Level 1 Cache) est directement intégrée dans le processeur. Elle se subdivise en 2 parties : La première est le cache d'instructions, qui contient les instructions issues de la mémoire vive décodées lors de passage dans les pipelines. La seconde est le cache de données, qui contient des données issues de la mémoire vive et les données récemment utilisées lors des opérations du processeur. Les caches du premier niveau sont très rapides d'accès. Leur délai d'accès tend à s'approcher de celui des registres internes aux processeurs. Mémoire cache de second niveau (appelée L2 Cache, pour Level 2 Cache) est située au niveau du boîtier contenant le processeur (dans la puce). Le cache de second niveau vient s'intercaler entre le processeur avec son cache interne et la mémoire vive. Il est plus rapide d'accès que cette dernière mais moins rapide que le cache de premier niveau. Mémoire cache de troisième niveau (appelée L3 Cache, pour Level 3 Cache) est située au niveau de la carte mère. Tous ces niveaux de cache permettent de réduire les temps de latence (attente) des différentes mémoires lors du traitement et du transfert des informations. Pendant que le processeur travaille, le contrôleur de cache de premier niveau peut s'interfacer avec celui de second niveau pour faire des transferts d'informations sans bloquer le processeur. De même, le cache de second niveau est interfacé avec celui de la mémoire vive (cache de troisième niveau), pour permettre des transferts sans bloquer le fonctionnement normal du processeur. Mr : HALAILI.M Page 4 INSFP SBA / LABO : MEMI VI. CHAP 06 : MICROPROCESSEUR Les Microprocesseurs Intel : Tableau chronologique des microarchitecturesx86 d'Intel 1. Intel Pentium 4 : Le Pentium 4, produit par Intel, est un microprocesseurx86 de septième génération inaugurant l'architecture NetBurst, il est conçu dans les années 2000 , Il succède à la génération P6 inaugurée par le Pentium Pro. L'architecture NetBurst est progressivement abandonnée à partir de 2006 pour des raisons de consommation électrique et de dissipation thermique trop importante ; d'ailleurs, son utilisation dans les ordinateurs portables déclenchait trop souvent le ventilateur (c'est pourquoi Intel a conçu le Pentium M). La forte dissipation thermique est ce qui a empêché Intel d'atteindre la fréquence prévue à l'origine pour le Pentium 4 (entre 7 et 10 GHz). Mr : HALAILI.M Page 5 INSFP SBA / LABO : MEMI CHAP 06 : MICROPROCESSEUR Exemple de Pentium 4 Mr : HALAILI.M Page 6 INSFP SBA / LABO : MEMI CHAP 06 : MICROPROCESSEUR 2. Pentium Dual-Core : Un processeur double cœur (dual core en anglais) est un processeur32bitséquipé de deux cœurs(ou unités de calcul) qui travaillent en parallèle. En effet, la puissance d'un processeur semble aujourd'hui limitée à une certaine fréquence, qu'il est difficile de dépasser sans hausse substantielle du coût de fabrication (en grand public, on trouve des processeurs standard de l'ordre de 3,2 GHz). Après avoir atteint ce seuil critique dans l'évolution naturelle de la puissance des processeurs essentiellement basée sur la course aux gigahertz, AMD et Intel travaillent maintenant sur des processeurs plus sophistiqués. Ainsi, la puissance d'un processeur double cœur est de l'ordre du double du processeur de référence. La différence majeure entre les processeurs à double cœur et les ordinateurs utilisant plusieurs processeurs est qu'un processeur double cœur n'est en fait qu'un seul processeur, qui lui, finalement, contient deux cœurs avec un système de mise en commun, alors qu'un ordinateur biprocesseur a deux processeurs distincts. Exemple de Pentium Dual-Core Mr : HALAILI.M Page 7 INSFP SBA / LABO : MEMI CHAP 06 : MICROPROCESSEUR 3. Intel Core 2 Duo/ Core 2 Quad : Pareille que le duel core , la différence et que c’est un processeur64bits équipé de deux cœurs. Remarque : On n'additionne pas les fréquences des cores ,ca n'a aucun sens, un Core 2 Duo a 2 GHz signifie que les 2 cores sont a 2GHz, ce n'est pas équivalent a un core a 4Ghz. Mr : HALAILI.M Page 8 INSFP SBA / LABO : MEMI CHAP 06 : MICROPROCESSEUR Exemple d’Intel Core 2 Duo Exemple d’Intel Core 2 Quad Mr : HALAILI.M Page 9 INSFP SBA / LABO : MEMI CHAP 06 : MICROPROCESSEUR 4. Intel Core i : La gamme Core i3 d'Intel, apparue en 2010, constitue l'entrée de gamme des processeurs basés sur la microarchitectureWestmere. Ils se connectent sur le socketLGA1156. Les gammes suivantes (dans l'ordre croissant) sont Core i5 et Core i7. Duo - série E4x00 Production 2010 Fréquence du 1,20GHz à3,33GHz Processeur Sockets LGA 1156 Exemple Mr : HALAILI.M Page 10 INSFP SBA / LABO : MEMI VII. CHAP 06 : MICROPROCESSEUR Connecteurs de Microprocesseur(Sockets) : Un socket (de l'anglais ; on trouve également parfois l'appellation « réceptacle de processeur ») est un connecteur utilisé pour interfacer un processeur avec une carte mère. La plupart des sockets et des processeurs actuels sont construits autour de l’architecture Pin GridArray(PGA), dans laquelle les broches en dessous du processeur sont insérées dans le socket, d’habitude avec la ZeroInsertion Force (ZIF) pour faciliter l’installation. Support pour Microprocesseur à Pin Mr : HALAILI.M Support pour Microprocesseur LGA Page 11 INSFP SBA / LABO : MEMI CHAP 06 : MICROPROCESSEUR 1. Sockets Intel Socket 1- 486 Socket 2 - 486 Socket 3 - 486 Socket 486 - 486 Socket 4 - Premiers Pentium (60-66 MHz) Socket 5 - Pentium, IDT Winchip C6, Winchip 2 Socket 463 - (aussi connu sous Socket NexGen) - NexGenNx586 Socket 6 - Intel 80486 Socket 7 - Pentium Socket 8 - Pentium Pro Socket 370 - Celeron, Pentium III, CyrixIII Socket 423 - Pentium 4 Socket 478 - Intel Celeron, Pentium 4 Socket 479 - Mobile Pentium Socket 479m - (Socket M) - Intel Core 2 Duo Merom (plate-forme Napa Refresh), Intel XeonSossaman, Intel Core Duo (Yonah), Mobile Pentium Dual-coreYonah, Intel Core Solo (Yonah) Socket P - Core 2 Quad Penryn, Core 2 ExtremePenryn, Core 2 ExtremeMerom, Core 2 Duo Penryn, Core 2 Duo Merom (plate-forme Santa Rosa), Core 2 Solo, Mobile Pentium DualcoreMerom, Mobile CeleronCorePenryn (T1700, T1600) Socket 603 - Xeon Socket 604 - Xeon Socket 771 - Xeon Socket LGA775 - Utilisé notamment par les Core 2 Duo et Core 2 Quad Socket LGA1156 - Utilisé notamment par les Celeron, Core i3, Core i5, Core i7, Pentium et Xeon. Socket LGA1366 - Utilisé notamment par les Core i7 (series 9xx), Xeon (series 35xx, 36xx, 55xx, 56xx) et Celeron P105. Mr : HALAILI.M Page 12 INSFP SBA / LABO : MEMI CHAP 06 : MICROPROCESSEUR 2. Slots Les processeurs basés sur un slot ont la forme d’une carte et sont fixés dans un slot qui semble similaire aux slots d’extension Slot 1 : Celeron, Pentium II, Pentium III Slot 2 : Pentium II Xeon, Pentium III Xeon Slot A : l’Athlon de première génération Slot B : DECAlpha 3. Sockets AMD Mr : HALAILI.M Socket 7 - AMD K6 Super Socket 7 - Faster Bus Speed - AMD K6-2, K6-III, Rise mP6 Socket 462 (aussi connu sous Socket A) - Derniers Athlon, Duron et Athlon XP, Sempron et Athlon mobiles Socket 563 - Mobile Athlon XP Socket S1 - Sempron Mobile et Turion 64 X2 Socket 754 - AMD Athlon 64, Turion 64 et Sempron (Paris, Palermo) Socket 939 - AMD Athlon 64, Athlon 64 X2 (dual core) Socket 940 - AMD Athlon 64, Opteron Socket AM2 - AMD Athlon 64 (3000+ - 4000+), Athlon 64 FX, Athlon 64 X2 (3200+ - 5000+), Opteron (modèles 144 à 185), Athlon 64, Athlon 64 X2, Sempron (2800+ - 3600+) Socket AM3 - AMD Phenom II, Opteron Page 13 INSFP SBA / LABO : MEMI Mr : HALAILI.M CHAP 06 : MICROPROCESSEUR Page 14