L'unité centrale (UC, ou CPU [Central Process Unit]) est considérée comme le cerveau de l'ordinateur. On l'appelle aussi processeur. C'est là qu'ont lieu la plupart des calculs effectués par l'ordinateur. En matière de puissance de calcul, le processeur est l'élément le plus important du système informatique. Il est proposé dans différents formats, chacun nécessitant un logement ou un socket particulier sur la carte mère. Intel et AMD sont les principaux fabricants de processeurs (on les désigne aussi par le terme de fondeur).
Le socket ou le logement du processeur est la connexion entre la carte mère et le processeur. La plupart des sockets utilisés actuellement reposent sur l'architecture PGA (Pin Grid Array, matrice de broches), illustrée à la figure 1, et LGA (Land Grid Array, matrice de pastilles) illustrée à la figure 2. Dans l'architecture PGA, les broches situées sous le processeur sont insérées dans le socket, généralement un support dit « à force d'insertion nulle » (ZIF). Cela fait référence au mécanisme qui permet de ne pas forcer pour installer un processeur dans le socket ou le logement de la carte mère. Cela fait référence à la force nécessaire pour installer un processeur dans le socket ou le logement de la carte mère. Dans une architecture LGA, les broches se trouvent dans le socket et non sur le processeur. Les processeurs slot, présentés à la figure 3, sont en forme de cartouche et s'insèrent dans un logement qui ressemble à un slot d'extension (voir en bas à gauche de la figure 4).
Le processeur exécute les séquences d'instructions qui composent les programmes. Ces instructions sont stockées dans la mémoire de l'ordinateur. Chaque modèle de processeur dispose d'un jeu d'instructions qu'il exécute. Le processeur exécute le programme en traitant chaque donnée conformément au programme et au jeu d'instructions. Lorsque le processeur exécute une étape du programme, les instructions restantes et les données sont enregistrées dans une mémoire spéciale appelée « cache ». Deux principales architectures de processeur sont liées aux jeux d'instructions :
- RISC (Reduced Instruction Set Computer) : ces architectures utilisent un jeu d'instructions plus important, ce qui permet d'obtenir des programmes comportant moins d'étapes. Les puces RISC sont conçues pour exécuter ces instructions très rapidement.
- CISC (Complex Instruction Set Computer) : ces architectures utilisent de nombreuses instructions, ce qui entraîne moins d'étapes par opération.
Certains processeurs Intel intègrent la technologie Hyperthread qui permet d'améliorer leurs performances. En effet, plusieurs éléments de code (threads, ou fils d'exécution) sont exécutés simultanément dans le processeur. Pour un système d'exploitation, un processeur unique doté de la technologie Hyperthread se comporte comme s'il y avait deux processeurs lorsque plusieurs threads sont exécutés.
Certains processeurs AMD utilisent la technologie Hypertransport pour améliorer leurs performances. Il s'agit d'une connexion haut débit et à faible latence entre le processeur et la puce northbridge.
La puissance d'un processeur se mesure par la vitesse et la quantité de données qu'il peut traiter. La vitesse d'un processeur se mesure en cycles par seconde, tels que des millions de cycles par seconde, en mégahertz (MHz), ou des milliards de cycles par seconde, en gigahertz (GHz). La quantité de données qu'un processeur peut traiter en même temps dépend de la taille du bus frontal (FSB [Front Side Bus]). On l'appelle également « bus du processeur » ou « bus de données du processeur ». Il est possible d'améliorer les performances en augmentant la largeur du bus frontal (FSB). La largeur du bus frontal (FSB) est mesurée en bits. Un bit est la plus petite unité de données dans un ordinateur et constitue le format binaire dans lequel les données sont traitées. Les processeurs actuels utilisent un bus frontal (FSB) de 32 ou 64 bits.
L'overclocking (parfois appelé surcadençage en français) est une technique utilisée pour faire fonctionner un processeur plus rapidement que sa spécification d'origine. Ce n'est pas une manière fiable d'améliorer les performances de l'ordinateur, car cela risque d'endommager le processeur. Le contraire de l'overclocking est la limitation du processeur. C'est une technique utilisée pour le faire fonctionner à une vitesse plus faible que la normale, afin d'économiser de l'énergie ou de produire moins de chaleur. La limitation du processeur est couramment utilisée sur les ordinateurs portables et d'autres périphériques mobiles, afin d'allonger la durée d'utilisation de ceux-ci.
Les dernières évolutions en matière de technologie de processeur ont permis aux fabricants de trouver des solutions pour intégrer plusieurs cœurs de processeur au sein d'une seule puce. Ces processeurs sont capables de traiter plusieurs instructions en même temps :
- Processeur monocœur : un seul cœur à l'intérieur d'un processeur unique pour gérer tout le traitement. Un fabricant de cartes mères peut prévoir des sockets pour plusieurs processeurs, ce qui permet de créer un ordinateur multiprocesseur puissant.
- Processeur à double cœur : deux cœurs dans le même processeur, où ils peuvent traiter les informations simultanément.
- Processeur à triple cœur : trois cœurs dans le même processeur. Il s'agit en fait d'un processeur à quadruple cœur dont l'un des cœurs a été désactivé.
- Processeur à quadruple cœur : quatre cœurs dans un processeur unique.
- Processeur hexacoeur : six cœurs dans un processeur unique.
- Processeur octocœur : huit cœurs dans un processeur unique.