microprocesseur

Un microprocesseur est un circuit intégré unique qui contient tous les circuits logiques nécessaires pour exécuter le cycle de récupération-décodage-exécution: l'opération fondamentale de tout ordinateur. Alors que les premiers ordinateurs nécessitaient des armoires de la taille d'une pièce remplies de transistors discrets et de portes logiques, un microprocesseur regroupe des millions ou des milliards de transistors sur un morceau de silicium mesurant généralement de 10 à 25 millimètres de chaque côté. C'est le moteur de calcul actif de toute machine moderne, des contrôleurs industriels aux systèmes d'automatisation d'usine en passant par les équipements de test.

Le cœur de chaque microprocesseur est l'unité arithmétique et logique (UAL), qui effectue des opérations mathématiques et logiques. Autour de celle-ci se trouvent des circuits de contrôle qui interprètent les instructions de la mémoire, des registres qui contiennent des valeurs temporaires pendant le calcul, et une mémoire cache qui accélère l'accès aux données fréquemment utilisées. Un signal d'horloge, mesuré en gigahertz, synchronise tous ces composants. Les microprocesseurs industriels privilégient souvent la fiabilité et la tolérance à la température plutôt que la vitesse brute; ils fonctionnent sur des plages de tension et de température plus larges que les puces grand public et sont sélectionnés pour de longs cycles de vie de produit.

Variantes et domaines d'application

Les familles de microprocesseurs diffèrent par l'architecture du jeu d'instructions (ISA), la taille du mot et l'utilisation prévue. Un processeur x86 ou x64 alimente les PC industriels et les contrôleurs d'automatisation plus grands. Les processeurs ARM dominent les systèmes embarqués et les dispositifs montés sur machine car ils consomment moins d'énergie. Des variantes industrielles spécialisées de fabricants comme Renesas, Intel et Freescale incluent des versions renforcées résistantes aux interférences électromagnétiques et des modèles à température étendue évalués à 125°C ou plus. La performance en temps réel est importante dans le contrôle de processus; certains microprocesseurs incluent une gestion dédiée des interruptions et une synchronisation prévisible des instructions.

Des erreurs dans la sélection des microprocesseurs entraînent une mauvaise réponse de contrôle ou des pannes complètes du système. Un processeur choisi pour sa vitesse de pointe plutôt que pour sa stabilité peut subir un étranglement thermique sous une charge soutenue dans une enceinte manquant de ventilation adéquate. Inversement, un processeur sous-alimenté créera des goulots d'étranglement dans l'acquisition de données et les boucles de contrôle, créant un décalage dans les applications critiques pour la sécurité. Les spécifications industrielles détaillent donc non seulement la vitesse d'horloge, mais aussi la puissance de conception thermique (TDP), la température de jonction maximale, le temps moyen entre les pannes (MTBF) et le support des systèmes d'exploitation en temps réel.

Le terme microprocesseur est apparu au début des années 1970 pour distinguer ces CPU monopuces des mini-ordinateurs antérieurs et des circuits logiques plus spécialisés. Le nom est resté même si la loi de Moore a fait passer le nombre de transistors de milliers à des milliards. Dans les environnements industriels, le terme «microprocesseur» fait généralement référence aux processeurs à usage général intégrés dans des équipements plus grands, par opposition aux microcontrôleurs (qui intègrent processeur, mémoire et E/S sur une seule puce pour des tâches plus spécifiques) ou aux GPU (qui parallélisent le calcul pour le débit).