Dans le ventre de la machine

Imagine qu'on débranche l'écran : l'ordinateur continue de calculer, il ne peut simplement plus te montrer ce qu'il fait. Sans clavier ni souris, les programmes déjà lancés tournent toujours. D'ailleurs, les serveurs qui font fonctionner Internet n'ont généralement ni écran, ni clavier, ni souris !

Fais l'expérience ci-contre : essaie de retirer une à une les pièces dont un ordinateur pourrait, en théorie, se passer pour traiter de l'information. Certaines vont résister… Les deux pièces qui resteront à la fin sont les deux éléments de base qui constituent tout ordinateur.

Bien sûr, dans la réalité, il faut aussi du courant et des connexions. Mais ici, on s'intéresse à ce qui traite l'information, pas à ce qui l'alimente ou la transporte.

Le processeur — ou CPU, pour Central Processing Unit, « unité centrale de traitement » — est le composant qui fait fonctionner les programmes. Or un programme n'est rien d'autre qu'une longue liste d'instructions très simples : « charge ce nombre », « additionne », « compare », « range le résultat ici », « saute à telle instruction »… Ces instructions sont rangées dans la mémoire, sous forme de nombres binaires.

Le rôle du processeur est donc d'exécuter les instructions des programmes : il va les chercher une à une dans la mémoire, les décode, puis les réalise — calculs, comparaisons, déplacements de données — tout en pilotant les échanges avec la mémoire et les périphériques. Autrement dit, c'est lui qui traite l'information.

Pour travailler, il dispose de quelques registres : de minuscules mémoires ultra-rapides situées à l'intérieur même de la puce. Parmi eux : l'accumulateur (qui reçoit les résultats des calculs), le compteur ordinal (qui contient l'adresse de la prochaine instruction) et le registre d'instruction (qui contient l'instruction en cours).

L'unité arithmétique et logique (UAL)

Appelée aussi unité de traitement (en anglais ALU, pour Arithmetic Logic Unit), c'est la « calculatrice » du processeur. Pour elle, tout n'est que nombres binaires, et elle ne sait réaliser qu'un petit nombre d'opérations élémentaires, dites opérations de base :

• des opérations arithmétiques : addition, soustraction et, sur les processeurs modernes, multiplication et division ; ajouter ou retirer 1 (incrémenter, décrémenter) ;
• des opérations logiques, bit par bit : ET, OU, NON, OU exclusif (XOR) ;
• des comparaisons (égal ? plus grand ?) et des décalages de bits.

Le résultat est rangé dans un registre spécial, l'accumulateur, et de petits indicateurs appelés drapeaux signalent certaines propriétés du résultat : est-il nul ? y a-t-il eu une retenue ?

Tout ce que fait ton ordinateur — afficher une vidéo, faire tourner un jeu, retoucher une photo — se ramène à des milliards de ces opérations très simples, enchaînées à une vitesse folle.

L'unité de commande

Appelée aussi unité de contrôle, c'est le chef d'orchestre. Elle ne calcule rien elle-même : elle organise. Elle réalise le séquençage des opérations, c'est-à-dire qu'elle décide de l'ordre et du moment de chaque action, au rythme de l'horloge :

1. elle lit dans le compteur ordinal l'adresse de la prochaine instruction ;
2. elle va chercher cette instruction en mémoire et la place dans le registre d'instruction ;
3. elle la décode et envoie les bons signaux de commande à l'UAL, à la mémoire et aux entrées-sorties ;
4. elle fait avancer le compteur ordinal… et tout recommence.