Le microprocesseur est l'implantation de tous les circuits d'un processeur sur un seul circuit intégré.
On a vu que des circuits logiques à quelques transistors pouvaient effectuer les opérations rudimentaires : addition, soustraction, multiplication, division. Mais aussi comparaison, comptage, décalage de bits. Et encore test, branchement
Cette partie du processeur s'appelle unité arithmétique et logique (ALU). Elle comprend des registres : zones de stockage des éléments d'une opération.
Elle ne suffit pas, il faut que le processeur puisse communiquer avec l'extérieur. Et l'extérieur c'est d'abord la mémoire où le processeur va chercher les instructions à effectuer et les données sur lesquelles travailler. C'est là qu'il lira les instructions à effectuer, lira les données et stockera les résultats des opérations.
Cette communication se fait par deux bus.
C'est un ensemble de conducteurs (un par bit) sur lesquels sont branchés les différents composants qui ont besoin du bus. Essentiellement le processeur et la mémoire. Prenons comme exemple un processeur de la gamme M 6800 avec bus de données de 8 bits et bus d'adresse de 16 bits : autrement dit il y a 8 conducteurs pour transporter les données (par octet donc) et 16 conducteurs d'adresse qui donnent donc accès à un espace de 65536 octets.
Concrètement : le processeur met sur le bus d'adresses la combinaison de bits correspondant à l'octet auquel il veut accéder : la mémoire met sur le bus de données l'octet en question que le processeur peut lire.
Comment la mémoire sait-elle que c'est à elle que le processeur s'adresse étant donné qu'il y a d'autres composants sur le bus ?
Chaque circuit intégré a une borne CS (chip select). Lorsqu'elle est active, le circuit est concerné.
Il y a aussi une borne R/W qui signifie au circuit à quoi il doit s'attendre : lecture ou écriture.
La mémoire vive (en anglais random access memory ou RAM, ce qui ne veut rien dire car toute mémoire à part les bandes magnétiques est à accès aléatoire) est la mémoire de travail du microrocesseur, c'est là qu'il lit et écrit ses données et puise les instructions à effectuer (le programme). Seulement cette mémoire est volatile : elle ne contient rien à l'allumage de l'ordinateur.
D'où la mémoire morte (en anglais read only memory, ce qui a contrario exprime bien ce que ça veut dire) qui est permanente.
C'est là qu'est gravé le logiciel de démarrage du microprocesseur (BIOS). C'est le système d'exploitation (OS) réduit à sa plus simple expression mais qui comprend quand même la gestion du clavier, l'affichage (en mode texte) sur l'écran et surtout la lecture/écriture de secteurs de disque (pour charger le reste du système d'exploitation).
Le comportement d'un circuit complexe (processeur, mémoire, contrôleur d'écran ou de clavier) pendant les quelques millièmes de secondes qu'il faut à l'alimentation pour atteindre sa tension nominale est imprévisible.
Le processeur doit attendre que tout ce petit monde soit prêt. Pour cela chaque circuit est doté d'une borne RST (reset) qui est maintenue active pendant un certain temps. Puis elle est relâchée et le processeur démarre. Il ne sait pas ce qu'il va avoir à faire mais il sait où trouver la première instruction. Il sait aussi que tous les circuits sont désormais actifs et q'il peut compter dessus.
La lecture des instructions et leur exécution ne se font pas au petit bonheur : le processeur est rigoureusement cadencé par une horloge impitoyable et infatigable. De 1MHz au début des années 80, on est de nos jours arrivé à 3 GHz (soit trois milliards de cycles par seconde) et dans ce laps de temps incroyablement court d'un cycle, le processue doit être capable d'exécuter une instruction (simple). Rassurez-vous il en est capable !