Architecture

Les processeurs possèdent, de plus, une certaine architecture qui leur est propre, les rendant incompatibles entre eux. On peut citer les plus employés :

• les processeurs à architecture CISC (Complex Instruction Set Computer ou ordinateur à jeu complexe d'instructions) utilisés par tous les processeurs x86 fabriqués par Intel, AMD et Cyrix mais aussi IDT Centaur, Rise ...
  
• les processeurs à architecture RISC (Reduced Instruction Set Computer ou ordinateur à jeu réduit d'instructions) utilisés désormais par les processeurs fabriqués par le duo Motorola et IBM (PowerPC).
  
• les processeurs à architecture VLIW (Very Long Instruction Word ou mot d'instructions très long) utilisés prochainement par les processeurs IA-64 fabriqués en collaboration par Intel et Hewlett-Packard.

Les CPU traitent de nombreux types d'instructions envoyées par le programme exécuté. Ces instructions sont d'une complexité variable : certaines peuvent êtres réalisés en un cycle d'horloge, d'autres demandent beaucoup plus de temps. Cet état de fait s'explique par le fait que les microprocesseurs intègrent un nombre limité d'instructions simples (addition, ET logique, OU logique...) qui sont directement câblées sur les circuits électroniques des puces. Cependant, il est impossible de câbler toutes les instructions complexes : le CPU serait irréalisable.
C'est de ce même constat qu'ont été créés les processeurs CISC et RISC, bien qu'ils utilisent une approche différente pour contourner ce problème.
Le CISC (Complex Instruction Set Computer) privilégie une solution basée sur le microprocesseur à l'inverse du RISC (Reduced Instruction Set Computer) qui s'en remet essentiellement à l'efficacité du programme et du compilateur.
Le processeur CISC, pour interpréter ces commandes complexes qui sont nécessaires au bon fonctionnement d'un ordinateur, intègre directement sur le silicium de la puce un nombre limité de micro-instructions (le microcode) auxquels viennent s'ajouter des circuits logiques permettant de lancer ces micro-instructions. En les combinant, celles-ci permettent de recréer n'importe quelle instruction complexe.
L'avantage de cette architecture est que les instructions sont gravées dans le processeur et ne demandent qu'une place très limitée en mémoire vive.

Cependant, elle possède un inconvénient majeur : elle monopolise une surface importante sur le silicium et fait donc augmenter, non seulement la taille du processeur, mais aussi son prix. De plus, les instructions complexes étant de taille variable, les processeurs CISC doivent avoir un contrôle du temps très précis et s'aligner sur les durées les plus longues. Et comme, les instructions complexes sont assez peu fréquentes, la vitesse de fonctionnement de l'ordinateur en est d'autant ralentie ...

Le processeur RISC n'utilise pas de microcode. Pour exécuter ces instructions complexes, il utilise deux solutions complémentaires :

- il se base sur l'application qui doit remplacer la plupart des commandes complexes en une suite d'instructions simples directement exécutables, ce qui demande donc un gros travail de compilation.
- le reste des instructions complexes qui ne peuvent être remplacées par des commandes simples est tellement réduit que l'on peut leur consacrer à chacune un circuit spécifique directement câblé dans le silicium.

L'avantage de cette architecture vient du fait que les instructions câblées sont exécutées plus rapidement que les instructions micro codées. Ainsi, toutes les instructions, simples ou complexes peuvent être réalisées en un seul cycle d'horloge. De plus, la suppression des micro-instructions de la surface de silicium la réduit d'autant ce qui permet la baisse des coûts de fabrication.
Cependant, les applications fonctionnant sur architecture RISC, remplaçant les commandes complexes en instructions simples prennent une place importante en mémoire vive.
Malgré ses avantages technologiques sur la technologie CISC, les puces RISC n'ont pas su s'imposer. En effet, jusqu'à une époque assez proche, le prix de la mémoire vive était très élevé. Or, la technologie RISC demandant aux programmes de prendre en charge le remplacement de commandes complexes en instructions simples, cela nécessite une grande quantité de mémoire vive. C'est pourquoi elle n'a pas pu s'imposer sur la technologie CISC que la plupart des processeurs actuels utilisent.
Enfin, il existe un autre type d'architecture qu'aucun processeur "généraliste" actuellement disponible n'utilise. Cette architecture nommée VLIW (Very Long Instruction Word) décompose les instructions en très longs mots : par exemple, pour effectuer une opération, l'instruction comprendra les deux données ainsi que le type d'opération à effectuer (addition). Cette architecture devrait permettre d'atteindre des performances encore plus impressionnantes que les puces RISC tout en ayant une taille encore plus réduite.