thumb||Lo circuit integrat d'un microprocessor Intel 80486DX2 dins sa boita (talha reala : 12 × 6,75 mm)
Lo processor central, de l'anglés CPU, central processing unit, es lo compausant essencial d'un ordenador qu'interprèta las instruccions e tracta las donadas d'un programa.
Es lo processor que provesís als ordenadors lor capacitat fondamentala d'èsser programats, es un dels compausants necessaris al foncionament de totes los tipes d'ordenadors, associats a las memòrias primàrias e als dispositius d'intrada/sortida. Un processor constituit d'un sol circuit integrat es abitualament nomenat microprocessor; pasmens, d'unes fabricants an desvolopats de processors en lescas: dins aquel cas las foncions elementàrias (ALU, FPU, sequençaire, etc.) son despartidas en divèrses circuits integrats especializats. La descubèrta del transistor en 1947 dobriguèt la via de la miniaturizacion dels compausants electronics e lo tèrme d'unitat centrala (CPU) s'es utilizat dins l'industria electronica tre lo començament de las annadas 1960 (Weik 1961).
Istòria
De las originas aus prumèrs processors
L'idèa de crear ua unitat cargada de tractar l'informacion segon ua seguida d'instruccions es mei anciana que l'electronica. Prenó la soa forma teorica modèrna durant los ans 1940 dab la definicion de l'arquitectura de von Neumann(fr) Paolo Zanella, Yves Ligier e Emmanuel Lazard, Architecture et technologie des ordinateurs, Malakoff, Dunod, 7 edicion, 2026, p. 16.L'arquitectura de von Neumann n'es pas la sola existenta. Autas arquitecturas estón ensajadas. Avón a còps aplicacions com l'arquitectura de tipe Harvard deus processors de senhau numeric e deus microcontrolaires PIC e AVR.. Aquera estructura, imaginada pendent la construction deus prumèrs ordenadors, es fondada sus ua unitat centrau de tractament qui executa, ua a ua, las instruccions definidas per un programa enregistrat aus costats d'ua memòria e de dispositius d'entrada e de sortida. Aqueth modèle, qui distingueish l'unitat de tractament de la memòria, es demorat lo fondament de la màger part deus ordenadors actuaus.
Totun, los prumèrs ordenadors, fabricats dens los ans 1940 e 1950, ne tienèvan pas de processor au sens actuau(fr) Paolo Zanella, Yves Ligier e Emmanuel Lazard, Architecture et technologie des ordinateurs, Malakoff, Dunod, 7 edicion, 2026, pp. 17-18.. La lor unitat de tractament èra constituïda d'un ensemble de compausants. Per exemple, las prumèras maquinas utilizavan tubes electronics voluminós, fragiles, consumeires d'energia e desgatjant hèra calor. Ua unitat de tractament aucupava tanben volumes importants, comparables a armaris entièrs. L'invencion deu transistor en 1947 estó un eveniment decisiu. En efèit, aqueth compausant, capable d'assegurar las medishas foncions qu'un tube electronic en estant mei petit, mei hidable, mei rapide e mensh consumeire d'energia, obrí la via a la miniaturizacion de l'electronica. Atau, las unitats de tractament basadas sus de transistors vadón mei compactas e mei performantas durant los ans 1950-1960.
Es pendent aqueth periòde, a la debuta deus ans 1960, qui lo tèrme de central processing unit (« unitat centrau de tractament », CPU) que's difusè dens l'industria electronica tà designar aquera partida de la maquina cargada d'executar las instruccions. Puish, apareishó lo circuit integrat, qui permetó de regropar mantun transistor sus ua medisha placa de semiconductor. En redusint enqüèra la talha e lo còst deus compausants, preparè l'aparicion deu microprocessor(fr) Paolo Zanella, Yves Ligier e Emmanuel Lazard, Architecture et technologie des ordinateurs, Malakoff, Dunod, 7 edicion, 2026, pp. 18-19..
L'invencion deu microprocessor
thumb|right|Fotografia d'un microprocessor Intel 4004.
A la debuta deus ans 1970, los progrès de l'electronica permetón d'amassar los diferents compausants de las unitats de tractament en ua uniça puç a basa de semiconductors. Aperat « microprocessor », aqueth dispositiu simplifiquè los ordenadors e lo prumèr modèle comercializat, l'Intel 4004, merquè ua rompedura fondamentau dens l'istòria de l'informatica(fr) Paolo Zanella, Yves Ligier e Emmanuel Lazard, Architecture et technologie des ordinateurs, Malakoff, Dunod, 7 edicion, 2026, p. 225.. En efèit, si los sons resultats èran netament inferiors aus processors de l'epòca, lo son volume e lo son còst plan febles permetón de concéber los prumèrs micro-ordenadors a l'origina de l'ordenador personau e de la difusion de l'informatica dens los larèrs a partir de la segonda mieitat deus ans 1970Per exemple, l'Intel 4004 avèva ua capacitat de calcul de operacions per segonda. Aqueth nivèu tecnic èra comparable a l'ENIAC – lo prumèr ordenador modèrne – qui aucupava un espaci de 167 m² e avèva ua massa totala de 30 t..
Pendent las annadas seguentas, la poténcia deus microprocessors aumentè lèu. Que's passè atau d'un microprocessor de 4 bits a dispositius de 8, 16 e 32 bits, capables de tractar quantitats creishentas d'informacions. En parallèle, lo nombre de transistors integrats dens cada puç aumentè shens cès ni pausa e los microprocessors vadón l'element clau deus ordenadors(fr) René J. Chevance, Microprocesseurs - Introduction, reféréncia H1158 V1, Techniques de l'ingénieur, 1998..
L'evolucion deus microprocessors
A partir deus ans 1970, l'evolucion deus microprocessors seguí un ritme regular qui estó formalizat, de faiçon empirica, per Gordon Moore (1929-2023), un deus confondators d'Intel. Segon la lei qui pòrta lo son nom, lo nombre de transistors podent estar integrat dens ua puç dobla cada dus ans(en) Gordon E. Moore, « Progress in Digital Integrated Electronics », IEEE Text Speech, 1975.. Aquela relacion demorè vertadèra dinc aus ans 2010 e illustrè la rapiditat deus progrès de las industrias electronica e informatica(fr) Jacques Blamont, Réseaux ! : le pari de l'intelligence collective, París, CNRS Éditions, 2018.. Aquera progression èra principaument basada sus la miniaturizacion continua deus transistors qui permetó d'aumentar la lor densitat dens los circuits e lo nombre d'operacions realizablas. Los microprocessors modèrnes intègran atau miliards de transistors dont la talha se mesura en nanomètres.
Dus autes axes de desvolopament sostienón tanben l'aumentacion rapida de la poténcia. Lo prumèr estó l'aumentacion de la frequéncia de relòtge, es a díser lo ritme d'execucion de las instruccions peu processor. Totun, aquera corsa estó limitada a partir deus ans 2000 per problèmas de refredimentEn efèit, aumentar la frequéncia de relòtge aumenta la quantitat de calor liberada peu processor, çò qu'altèra lo son bon foncionament (Paolo Zanella, Yves Ligier e Emmanuel Lazard, Architecture et technologie des ordinateurs, Malakoff, Dunod, 7 edicion, 2026, p. 242.).. Lo segond axe estó la multiplicacion deu nombre de còrs. En plaça d'accelerar un processor unic, l'idèa es de plaçar mantua unitat de tractament capabla de tribalhar en parallèle(fr) Paolo Zanella, Yves Ligier e Emmanuel Lazard, Architecture et technologie des ordinateurs, Malakoff, Dunod, 7 edicion, 2026, p. 228.. Vaduts la nòrma, los processors multicòrs permeten d'executar mantun prètzhèit e de despartir un medish calcul enter mantun còr(fr) Paolo Zanella, Yves Ligier e Emmanuel Lazard, Architecture et technologie des ordinateurs, Malakoff, Dunod, 7 edicion, 2026, pp. 248-250..
Principis de foncionament
Lo ròtle fondamentau d'un processor es d'executar rapidament programas, es a díser seguidas d'instruccions elementàrias enregistradas en memòria. Lo son foncionament es fondat sus un cicle de basa, repetit de faiçon continuau, qui es sovent descrivut en tres temps(fr) Paolo Zanella, Yves Ligier e Emmanuel Lazard, Architecture et technologie des ordinateurs, Malakoff, Dunod, 7 edicion, 2026, pp. 198-199.. Prumèr, lo processor va cercar en memòria l'instruccion d'executar a l'adreça indicada dens un registre especiau. Puish, descòda aquera instruccion, es a díser que'n determina la natura e las dadas concernidas. Enfin, executa l'operacion demandada e passa a l'instruccion seguenta. Aqueth cicle, a còps resumit peus tèrmes anglés fetch, decode e execute, que's repeteish miliards de còps per segonda.
Las instruccions son executadas de manièra sequenciala, a mensh d'ua instruccion ordenant au processor d'anar a un aute endret deu programa, çò que permet de realizar las repeticions o las causidas condicionaus a la basa de tota la logica informatica. Lo ritme d'aqueths cicles es reglat per un relòtge intèrne qui emet un senhau regular cadençant las operacions deu processor(fr) Paolo Zanella, Yves Ligier e Emmanuel Lazard, Architecture et technologie des ordinateurs, Malakoff, Dunod, 7 edicion, 2026, pp. 33 e 198.. La frequéncia d'aqueth relòtge balha ua indicacion de la rapiditat deu processor, mes autes paramètres intervienen sus la velocitat de tractament de las informacions com lo nombre d'instruccions tractadas a cada cicle o lo nombre de còrs.
Las dadas manipuladas peus processors son seguidas de 0 e de 1. En efèit, aqueras dadas binàrias son particularament adaptadas a las operacions logicas e aritmeticas simplas realizablas per circuits compausats de transistors agissent com interruptors(fr) Douglas Arvid Skoog, F. James Holler e Timothy A. Nieman, Principes d'analyse instrumentale, De Boeck, 2003, pp. 74-77.(fr) Paolo Zanella, Yves Ligier e Emmanuel Lazard, Architecture et technologie des ordinateurs, Malakoff, Dunod, 7 edicion, 2026, pp. 41 e 53..
Arquitectura e compausants
Las unitats foncionaus
Un processor es compausat d'un ensemble d'unitats especializadas qui coopèran tad executar instruccions. La lor organizacion precisa pòt variar segon los modèles, mes existeish elements comuns. Lo prumèr element fondamentau es l'unitat de comanda (o unitat de contròle) qui dirigeish lo foncionament generau deu processor. Gereish la debanada deu cicle d'execucion en cercant, per exemple, las instruccions, en realizant lo lor descodatge e en enviant las informacions necessàrias tà coordinar l'accion de las autas unitats(fr) Paolo Zanella, Yves Ligier e Emmanuel Lazard, Architecture et technologie des ordinateurs, Malakoff, Dunod, 7 edicion, 2026, p. 33.. Lo segond element màger es l'unitat aritmetica e logica (ALUDe l'anglés arithmetic logic unit.). Es lo còr de la capacitat de calcul deu processor. Totun, mantun processor dispausa d'ua unitat addicionau especializada dens los calculs implicant de virgulas flotejantas (FPUDe l'anglés floating-point unit.), mei eficaça tà las operacions suus nombres reaus. Enfin, lo processor intègra un nombre limitat de petitas memòrias intèrnas plan rapidas, aperadas registres, on son estocadas temporàriament las dadas e los resultats en cors de tractament. Aqueths registres son situats près de las unitats de calcul. Son donc mei rapides que la memòria principau, mes la lor capacitat es limitada. De mei, daubuns registres an un ròtle particular, com lo qui indica l'adreça de l'instruccion vienenta.
La memòria e las comunicacions
Tà foncionar, lo processor deu escambiar dadas dab la memòria e los autes compausants de l'ordenador. Totun, despuish l'aparicion de l'informatica, la velocitat deus processors aumentè mei rapidament que la de las memòrias. La consequéncia d'aquera diférencia estó l'aparicion d'un escart de mei en mei important enter la rapiditat deu processor e lo temps necessari tad accedir a las dadas. La gestion d'aqueth escart es un enjòc centrau de l'arquitectura deus ordenadors modèrnes.