APPAREILS DE TRAITEMENT: ÉVOLUTION, TYPES, EXEMPLES - LA TECHNOLOGIE - 2024

Les dispositifs de traitement informatique sont des unités qui jouent un rôle important dans les opérations de traitement d'un ordinateur. Ils sont utilisés pour traiter des données, en suivant les instructions d'un programme.

Le traitement est la fonction la plus importante de l'ordinateur, car dans cette phase, la transformation des données en informations utiles est effectuée à l'aide de nombreux dispositifs de traitement informatique.

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La fonction principale des dispositifs de traitement est d'avoir la responsabilité d'obtenir des informations éloquentes à partir des données qui sont transformées à l'aide de plusieurs de ces dispositifs.

Le traitement audio et vidéo consiste à nettoyer les données de manière à ce qu'elles soient plus agréables à l'oreille et à l'œil, en les rendant plus réalistes.

C'est pourquoi il peut être mieux vu avec certaines cartes vidéo que d'autres, car la carte vidéo traite les données pour améliorer le réalisme. La même chose se produit avec les cartes son et la qualité audio.

Processeur

Chaque fois que des informations atteignent un ordinateur à partir d'un périphérique d'entrée, tel que le clavier, ces informations doivent parcourir un chemin intermédiaire avant de pouvoir être utilisées pour un périphérique de sortie, tel que le moniteur.

Un périphérique de traitement est tout périphérique ou instrument de l'ordinateur chargé de gérer ce chemin intermédiaire. Ils exécutent des fonctions, effectuent différents calculs et contrôlent également d'autres périphériques matériels.

Les périphériques de traitement convertissent entre différents types de données, ainsi que manipulent et exécutent des tâches avec les données.

Habituellement, le terme CPU correspond à un processeur, et plus précisément à son unité de calcul et à son unité de contrôle, distinguant ainsi ces éléments des composants externes de l'ordinateur, tels que la mémoire principale et les circuits d'entrée / sortie.

Le processeur fonctionne en étroite coordination avec la mémoire principale et les périphériques de stockage.

Il peut y avoir d'autres systèmes et périphériques travaillant pour aider à collecter, stocker et diffuser les données, mais les tâches de traitement sont uniques au processeur.

Évolution du premier au présent

Stade initial

Les premiers ordinateurs, comme l'ENIAC, devaient être physiquement câblés chaque fois qu'une tâche différente était effectuée.

En 1945, le mathématicien von Neumann a distribué un croquis pour un ordinateur à programme stocké, appelé EDVAC, qui serait finalement achevé en 1949.

Les premiers appareils qui pourraient correctement être appelés CPU sont venus avec l'arrivée de cet ordinateur avec un programme stocké.

Les programmes créés pour EDVAC ont été stockés dans la mémoire principale de l'ordinateur, plutôt que d'avoir à être établis via le câblage de l'ordinateur.

Par conséquent, le programme exécuté par EDVAC pouvait être échangé avec une simple modification du contenu de la mémoire.

Les premiers processeurs étaient des conceptions uniques utilisées dans un ordinateur spécifique. Par la suite, cette méthode de conception individuelle des processeurs pour une application particulière a permis de développer des processeurs multitâches en grand nombre.

Relais et tubes à vide

Ils étaient couramment utilisés comme dispositifs de commutation. Un ordinateur avait besoin de milliers de ces appareils. Les ordinateurs à tube comme EDVAC plantaient en moyenne toutes les huit heures.

Au final, les processeurs à tubes sont devenus indispensables car les avantages d'avoir une vitesse appréciable l'emportaient sur leur problème de fiabilité.

Ces premiers processeurs synchrones fonctionnaient à une vitesse d'horloge faible par rapport aux conceptions microélectroniques actuelles, en grande partie en raison de la vitesse lente des éléments de commutation utilisés dans leur fabrication.

Transistors

Au cours des années 1950 et 1960, les processeurs ne devaient plus être construits sur la base de dispositifs de commutation aussi gros et défaillants que cassants, tels que des relais et des tubes à vide.

Comme différentes technologies ont permis de fabriquer des appareils électroniques plus petits et plus fiables, la complexité de la conception des processeurs a également augmenté. La première amélioration du genre a été réalisée avec l'avènement du transistor.

Avec cette avancée, il était possible de fabriquer des processeurs d'une plus grande complexité et qui échouaient beaucoup moins dans une ou plusieurs cartes de circuits imprimés. Les ordinateurs basés sur des transistors offraient un certain nombre d'améliorations par rapport aux précédents.

En plus d'offrir une faible consommation d'énergie et d'être beaucoup plus fiables, les transistors permettaient aux processeurs de travailler plus rapidement, grâce au faible temps de commutation d'un transistor par rapport à un tube à vide.

Circuits intégrés

Le transistor MOS a été inventé par Bell Labs en 1959. Il a une grande évolutivité, utilise beaucoup moins d'électricité et est beaucoup plus condensé que les transistors à jonction bipolaire. Cela a permis de construire des circuits intégrés haute densité.

Ainsi, un procédé a été développé pour fabriquer de nombreux transistors interconnectés dans une zone compacte. Le circuit intégré a permis de fabriquer un grand nombre de transistors dans un seul moule ou «puce» à base de semi-conducteurs.

La standardisation a commencé au stade des macrocomputers et des mini-ordinateurs à transistors et s'est considérablement accélérée avec la diffusion généralisée du circuit intégré, permettant de concevoir et de fabriquer des processeurs de plus en plus complexes.

Au fur et à mesure que la technologie microélectronique progressait, davantage de transistors pourraient être placés dans des circuits intégrés, réduisant ainsi le nombre de circuits intégrés nécessaires pour compléter un processeur.

Les circuits intégrés ont augmenté le nombre de transistors à des centaines et plus tard à des milliers. En 1968, le nombre de circuits intégrés nécessaires pour construire un processeur complet avait été réduit à 24, chacun contenant environ 1 000 transistors MOS.

Microprocesseur

Avant l'avènement du microprocesseur d'aujourd'hui, les ordinateurs utilisaient plusieurs circuits intégrés de plus en plus petits qui étaient dispersés sur toute la carte de circuit imprimé.

Le processeur tel qu'il est connu aujourd'hui a été développé pour la première fois en 1971 par Intel, pour fonctionner dans le cadre d'ordinateurs personnels.

Ce premier microprocesseur était le processeur 4 bits appelé Intel 4004. Il a ensuite été remplacé par des conceptions plus récentes avec des architectures 8 bits, 16 bits, 32 bits et 64 bits.

Le microprocesseur est une puce de circuit intégré en matériau semi-conducteur de silicium, avec des millions de composants électriques dans son espace.

Il est finalement devenu le processeur central des ordinateurs de quatrième génération des années 1980 et des décennies suivantes.

Les microprocesseurs modernes apparaissent dans les appareils électroniques allant des voitures aux téléphones portables, et même aux jouets.

Les types

Auparavant, les processeurs informatiques utilisaient des nombres comme identification, aidant ainsi à identifier les processeurs les plus rapides. Par exemple, le processeur Intel 80386 (386) était plus rapide que le processeur 80286 (286).

Après l'entrée sur le marché du processeur Intel Pentium, qui aurait dû être logiquement appelé 80586, les autres processeurs ont commencé à porter des noms comme Celeron et Athlon.

Actuellement, outre les différents noms de processeurs, il existe différentes capacités, vitesses et architectures (32 bits et 64 bits).

Dispositifs de traitement multicœur

Malgré les limitations croissantes de la taille des puces, le désir de produire plus d'énergie à partir des nouveaux processeurs continue de motiver les fabricants.

L'une de ces innovations a été l'introduction du processeur multicœur, une puce à microprocesseur unique capable d'avoir un processeur multicœur. En 2005, Intel et AMD ont sorti des prototypes de puces avec des conceptions multicœurs.

Le Pentium D d'Intel était un processeur double cœur qui était comparé au double processeur Athlon X2 d'AMD, une puce destinée aux serveurs haut de gamme.

Cependant, ce n'était que le début des tendances révolutionnaires dans les puces de microprocesseur. Dans les années suivantes, les processeurs multicœurs ont évolué des puces bicœur, telles que l'Intel Core 2 Duo, aux puces à dix cœurs, telles que l'Intel Xion E7-2850.

En général, les processeurs multicœurs offrent plus que les bases d'un processeur monocœur et sont capables d'effectuer plusieurs tâches et de traiter plusieurs fois, même au sein d'applications individuelles.

Appareils de traitement mobiles

Alors que les microprocesseurs traditionnels des ordinateurs personnels et des supercalculateurs ont subi une évolution monumentale, l'industrie de l'informatique mobile se développe rapidement et fait face à ses propres défis.

Les fabricants de microprocesseurs intègrent toutes sortes de fonctionnalités pour améliorer l'expérience individuelle.

Le compromis entre une vitesse plus rapide et une gestion de la chaleur reste un casse-tête, sans parler de l'impact sur les batteries mobiles de ces processeurs plus rapides.

Unité de traitement graphique (GPU)

Le processeur graphique produit également des calculs mathématiques, mais cette fois, avec une préférence pour les images, les vidéos et d'autres types de graphiques.

Ces tâches étaient auparavant gérées par le microprocesseur, mais à mesure que les applications de CAO gourmandes en graphiques devenaient courantes, un besoin s'est fait jour pour un matériel de traitement dédié capable de gérer de telles tâches sans affecter les performances globales de l'ordinateur.

Le GPU typique se présente sous trois formes différentes. Habituellement, il est connecté séparément à la carte mère. Il est intégré au processeur ou il s'agit d'une puce supplémentaire séparée sur la carte mère. Le GPU est disponible pour les ordinateurs de bureau, les ordinateurs portables et les ordinateurs portables.

Intel et Nvidia sont les principaux chipsets graphiques du marché, ce dernier étant le choix préféré pour le traitement graphique principal.

Exemples

- Unité centrale de traitement (CPU)

Dispositif de traitement le plus important du système informatique. Il est également appelé microprocesseur.

Il s'agit d'une puce interne de l'ordinateur qui traite toutes les opérations qu'il reçoit des appareils et des applications qui s'exécutent sur l'ordinateur.

Intel 8080

Introduit en 1974, il avait une architecture 8 bits, 6000 transistors, une vitesse de 2 MHz, un accès à 64 Ko de mémoire et 10 fois les performances du 8008.

Intel 8086

Introduit en 1978. Il utilisait une architecture 16 bits. Il avait 29 000 transistors, fonctionnant à des vitesses comprises entre 5 MHz et 10 MHz. Il pourrait accéder à 1 mégaoctet de mémoire.

Intel 80286

Il a été lancé en 1982. Il avait 134 000 transistors, fonctionnant à des vitesses d'horloge de 4 MHz à 12 MHz. Premier processeur compatible avec les processeurs précédents.

Pentium

Introduit par Intel en 1993. Ils peuvent être utilisés avec des vitesses de 60 MHz à 300 MHz. À sa sortie, il comptait près de deux millions de transistors de plus que le processeur 80486DX, avec un bus de données 64 bits.

Duo de base

Le premier processeur bicœur d'Intel développé pour les ordinateurs mobiles, introduit en 2006. C'était également le premier processeur Intel utilisé dans les ordinateurs Apple.

Intel Core i7

Il s'agit d'une série de processeurs couvrant 8 générations de puces Intel. Il a 4 ou 6 cœurs, avec des vitesses comprises entre 2,6 et 3,7 GHz. Il a été introduit en 2008.

- Carte mère

Carte mère également désignée. C'est la plus grande carte à l'intérieur de l'ordinateur. Il abrite le CPU, la mémoire, les bus et tous les autres éléments.

Il alloue la puissance et fournit une forme de communication pour que tous les éléments matériels communiquent entre eux.

- Puce

Groupe de circuits intégrés qui fonctionnent ensemble, maintenant et contrôlant l'ensemble du système informatique. Il gère ainsi le flux de données dans tout le système.

- L'horloge

Il permet de suivre le rythme de tous les calculs de l'ordinateur. Cela renforce le fait que tous les circuits de l'ordinateur peuvent fonctionner ensemble simultanément.

- Emplacement d'extension

Prise située sur la carte mère. Il est utilisé pour connecter une carte d'extension, fournissant ainsi des fonctions complémentaires à un ordinateur, telles que la vidéo, l'audio, le stockage, etc.

- Bus de données

Un ensemble de câbles que le CPU utilise pour transmettre des informations entre tous les éléments d'un système informatique.

- Bus d'adresse

Ensemble de câbles conducteurs qui ne portent que des adresses. Les informations circulent du microprocesseur vers la mémoire ou vers les périphériques d'entrée / sortie.

- Bus de contrôle

Il transporte les signaux qui informent sur l'état des différents appareils. Normalement, le bus de commande n'a qu'une seule adresse.

- Carte graphique

Carte d'extension qui va dans la carte mère d'un ordinateur. Il traite du traitement des images et des vidéos. Il est utilisé pour créer une image sur un écran.

- Unité de traitement graphique (GPU)

Circuit électronique dédié à la gestion de la mémoire pour accélérer la création d'images destinées à être diffusées sur un dispositif d'affichage.

La différence entre un GPU et une carte graphique est similaire à la différence entre un CPU et une carte mère.

- Carte d'interface réseau (NIC)

Carte d'extension utilisée pour se connecter à n'importe quel réseau, voire à Internet, à l'aide d'un câble avec un connecteur RJ-45.

Ces cartes peuvent communiquer entre elles via un commutateur réseau ou si elles sont directement connectées.

- Carte sans fil

Presque tous les ordinateurs modernes ont une interface pour se connecter à un réseau sans fil (Wi-Fi), qui est intégrée directement à la carte mère.

- Chartre de son

Carte d'extension utilisée pour reproduire tout type d'audio sur un ordinateur, qui peut être entendu par des haut-parleurs.

Inclus dans l'ordinateur, soit dans un slot d'extension, soit intégré à la carte mère.

- Contrôleur de stockage de masse

Il gère le stockage et la récupération des données qui sont stockées en permanence sur un disque dur ou un appareil similaire. Il dispose de son propre processeur spécialisé pour effectuer ces opérations.

Références

1. Computer Hope (2018). Dispositif de traitement. Tiré de: computerhope.com.
2. Am7s (2019). Que sont les dispositifs de traitement informatique? Tiré de: am7s.com.
3. Solomon (2018). Types de matériel informatique - Périphériques de traitement. Zig Link IT. Tiré de: ziglinkit.com.
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5. Wikipédia, l'encyclopédie gratuite (2019). Unité centrale de traitement. Tiré de: en.wikipedia.org.
6. Espoir informatique (2019). CPU. Tiré de: computerhope.com.
7. Margaret Rouse (2019). Processeur (CPU). Techtarget. Tiré de: whatis.techtarget.com.