La vitesse du processeur ou la vitesse d’horloge est un facteur qui détermine les performances de l’ordinateur. Plus la vitesse du processeur est élevée, plus l’ordinateur peut effectuer rapidement des calculs et exécuter des programmes. Dans les années 1970 à 2000, la vitesse des processeurs a considérablement augmenté, passant de quelques mégahertz (MHz) à plusieurs gigahertz (GHz).
Cependant, au cours de la dernière décennie, l’augmentation de la vitesse du processeur semble ralentir et stagner entre 3 et 5 GHz. Pourquoi cela se produit-il ? Qu’est-ce qui entrave le développement de la vitesse du processeur ? Y a-t-il une limite maximale pour la vitesse du processeur ?
Bardimin répondra à ces questions en expliquant certains facteurs qui affectent la vitesse du processeur et les défis auxquels sont confrontés les ingénieurs et les scientifiques pour améliorer la vitesse du processeur.
Facteurs affectant la vitesse du processeur
La vitesse du processeur peut être mesurée de deux manières, à savoir la fréquence d’horloge et le nombre d’instructions par cycle (IPC). La fréquence d’horloge est le nombre de cycles qu’un processeur peut effectuer en une seconde. L’unité utilisée pour mesurer la fréquence d’horloge est le hertz (Hz), c’est-à-dire un cycle par seconde. Les instructions par cycle (IPC) correspondent au nombre d’instructions que le processeur peut exécuter au cours d’un cycle.
Les instructions sont des commandes de base qui peuvent être comprises par le processeur, telles que l’addition, la soustraction, la multiplication, la division, etc. Le nombre d’instructions que le processeur peut exécuter en un seul cycle dépend de la conception et de l’architecture du processeur. La vitesse du processeur peut être calculée en multipliant la fréquence d’horloge et l’IPC. Par exemple, si le processeur a une fréquence d’horloge de 4 GHz et IPC 2, la vitesse du processeur est de 8 milliards d’instructions par seconde.
Les facteurs qui affectent la fréquence d’horloge et l’IPC sont les suivants :
1. Taille du transistor
Un transistor est un composant électronique qui fonctionne comme un interrupteur pour contrôler le flux de courant électrique. Les transistors peuvent changer rapidement de forme on (courant conducteur) à off (courant d’arrêt), ou vice versa. Les transistors sont utilisés pour former des portes logiques, c’est-à-dire des circuits capables d’effectuer des opérations logiques, telles que AND, OR, NOT, etc.
Les portes logiques sont utilisées pour former des circuits, c’est-à-dire des circuits qui peuvent remplir certaines fonctions, telles que l’addition, la soustraction, le multiplicateur, etc. Les circuits sont utilisés pour former des unités, des parties du processeur qui effectuent certaines tâches, telles que l’arithmétique, la logique, le contrôle, la mémoire, etc. Les unités sont utilisées pour former le processeur. Ainsi, les transistors sont les éléments de base du processeur.
Plus la taille du transistor est petite, plus le nombre de transistors pouvant entrer dans le processeur est élevé. Plus il y a de transistors chargés dans un processeur, plus il est possible de créer de portes logiques, de circuits et d’unités dans le processeur. Plus il y a de portes logiques, de circuits et d’unités créés dans le processeur, plus l’IPC du processeur peut être élevé.
De plus, plus la taille du transistor est petite, plus la distance que le courant électrique dans le processeur doit parcourir est courte. Plus la distance parcourue par le courant électrique dans le processeur est courte, plus le processeur peut passer rapidement d’un état à un autre. Plus le processeur peut passer rapidement d’un état à un autre, plus la fréquence d’horloge du processeur peut atteindre est élevée. Ainsi, la taille du transistor affecte positivement la vitesse du processeur.