Les unités de calcul représentent le coeur du processeur car elles en sont la matérialisation physique du processus de calcul. On distingue trois grandes familles d'unités de calcul :
Ces unités permettent d'effectuer les calculs arithmétiques (addition et mutiplication) sur les nombres entiers et les opérations de logique (Et, Ou).
Ces unités sont particulièrement utiles pour les calculs génériques comme ceux qu'exigent les logiciels de bureautique et les navigateurs Internet,
Elles permettent d'effectuer des calculs mathématiques sur les nombres réels (avec virgule). Plus la précision demandée (nombres de chiffres après la virgule) est grande, plus la difficulté et le temps de calcul seront grands.
Ce type d'unité est très particulièrement sollicité dans les jeux, la vidéo, la conception 3D, les applications financières. car toutes ces applications nécessitent un grand nombre d'opérations de calcul sur des valeurs très précises.
Ces unités de calcul spécialisées (3D Now, SSE 1/2/3/4.) n'apportent aucune possibilité de calcul non couverte par les deux unités précédentes, elles ont pour rôle d'optimiser les performances du processeur en calculant plus vite des opérations compliquées (nécessitant plusieurs cycles de calcul avec les autres unités) et récurrentes pour un type d'applications.
Supposons par exemple que la compression d'une séquence vidéo nécessite :
- 30.000 opérations A nécessitant 6 cycles de calcul chacune
- 2.000 opérations B nécessitant 2 cycles de calcul chacune
- 2.000 opérations C nécessitant 15 cycles de calcul chacune 30.000
Cela donne un total de 214.000 cycles.
En réalisant une unité de calcul spécialisée pouvant effectuer l'opération A en un seul cycle, le gain de performances et considérable car le processeur n'aura plus que 64.000 opérations à effectuer c'est-à-dire un gain de 70%.
La création d'une unité spécialisée pour l'opération C est moins intéressant car même si cette dernière est la plus compliquée des trois opérations, elle n'est pas suffisamment récurrente pour générer un gain de performances important.
Une fois les calculs effectués, certains résultats sont des résultats intermédiaires que le processeur doit utiliser pour obtenir les résultats définitifs. Le stockage de ces résultats intermédiaires, des opérations en suspens. nécessite une mémoire intégrée au processeur appelée « cache ». Elle compte quelques Mo et représente en quelque sorte une extension de la mémoire centrale de l'ordinateur.
Le cache processeur permet un gain de performances non négligeable de part sa proximité (le processeur n'a pas besoin d'aller stocker/chercher ses données dans la RAM comme cela était le cas pour les anciens processeurs) et sa fréquence de fonctionnement égale à celle du processeur et donc largement supérieure à celle de la RAM.
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