Aujourd’hui, un ordinateur portable possède une puissance de calcul qui aurait semblé inimaginable aux ingénieurs des années 1950. Pourtant, l’histoire qui mène à nos PC modernes est relativement courte : en quelques décennies, l’ordinateur est passé d’une machine occupant une salle entière à un appareil que l’on transporte sous le bras.
Au cœur de cette révolution se trouve un composant essentiel : le microprocesseur.
Mais avant son apparition en 1971, il fallut franchir plusieurs étapes décisives : les lampes électroniques, le transistor, le circuit intégré, puis enfin l’intégration d’une unité centrale complète dans quelques millimètres carrés de silicium.
Note : nous nous intéressons ici aux microprocesseurs et aux ordinateurs personnels. Les micro-cartes et ordinateurs monocartes tels qu’Arduino, Raspberry Pi, ESP32 et autres feront l’objet d’un sujet distinct.
Avant le microprocesseur : des ordinateurs gigantesques
Les premiers ordinateurs électroniques n’avaient évidemment pas de microprocesseur.
Dans les années 1940, des machines comme l’ENIAC, mis en service en 1946, utilisent des milliers de lampes électroniques. L’ENIAC en comporte environ 17 000 et occupe une salle entière.
Ces machines consomment énormément d’électricité, chauffent et nécessitent une maintenance permanente.
L’invention du transistor, annoncée par les Bell Laboratories en 1947, va progressivement bouleverser la situation. Plus petit, plus fiable et consommant beaucoup moins qu’une lampe, il permet de construire des ordinateurs plus compacts.
Une nouvelle étape intervient en 1958-1959 avec le développement du circuit intégré : plusieurs composants peuvent désormais être réalisés sur un même morceau de matériau semi-conducteur.
Il devient alors possible d’imaginer quelque chose d’encore plus ambitieux : intégrer les principales fonctions de calcul d’un ordinateur sur une seule puce.
1971 : le processeur tient sur une puce
Le Intel 4004, commercialisé en 1971, est généralement présenté comme le premier microprocesseur commercial programmable réalisé sur une seule puce.
Initialement développé dans le cadre d’un projet de calculatrice pour la société japonaise Busicom, il travaille sur 4 bits et intègre environ 2 300 transistors.
Sa fréquence maximale est de l’ordre de 740 kHz.
Ses performances paraissent dérisoires aujourd’hui, mais le principe est révolutionnaire : une même puce peut exécuter différents programmes au lieu de construire une électronique spécialisée pour chaque application.
Le microprocesseur est né.
D’autres développements contemporains montrent toutefois que cette révolution ne peut pas être attribuée à une seule équipe : plusieurs projets de processeurs intégrés apparaissent au tournant des années 1970. Le 4004 demeure néanmoins le jalon commercial le plus couramment retenu.
Du calculateur au microprocesseur : en 1971, l’unité de calcul commence à tenir sur une seule puce.
Des 4 bits aux 8 bits
Intel poursuit rapidement avec le 8008 en 1972 puis surtout le 8080 en 1974.
Le 8080 est un processeur 8 bits beaucoup plus adapté à la construction d’un véritable petit ordinateur.
En 1975, il équipe notamment l’Altair 8800, souvent considéré comme l’une des machines ayant déclenché la révolution du micro-ordinateur personnel.
L’Altair n’a pourtant rien d’un PC moderne : dans sa configuration initiale, pas d’écran ni de clavier conventionnel. Des interrupteurs permettent d’entrer les données et des LED affichent les résultats.
Mais quelque chose vient de changer : des passionnés peuvent désormais envisager de posséder leur propre ordinateur.
6502 et Z80 : les puces qui démocratisent l’informatique
En 1975 apparaît le MOS Technology 6502. Son prix très inférieur à celui de nombreux concurrents joue un rôle considérable dans la démocratisation de la micro-informatique.
On le retrouve, ou on retrouve des variantes de son architecture, dans plusieurs machines devenues célèbres : Apple II, Commodore PET, Commodore VIC-20 et plus tard Commodore 64.
En 1976 arrive également le Zilog Z80, conçu notamment par Federico Faggin, qui avait précédemment participé au développement du 4004.
Compatible dans une large mesure avec les logiciels écrits pour l’Intel 8080, le Z80 connaît un immense succès. Il équipera entre autres des ordinateurs Sinclair, Amstrad CPC et de très nombreux systèmes fonctionnant sous CP/M.
La micro-informatique quitte progressivement les laboratoires et les clubs d’électronique.
1977 : l’ordinateur entre dans la maison
L’année 1977 constitue un autre tournant avec l’arrivée de machines beaucoup plus accessibles à l’utilisateur.
L’Apple II, le Commodore PET et le TRS-80 proposent clavier, affichage et possibilités de stockage sous une forme beaucoup plus proche de ce que l’on appellera bientôt un ordinateur personnel.
On ne manipule plus seulement une carte électronique couverte d’interrupteurs.
On peut écrire des programmes en BASIC, enregistrer ses travaux, jouer et utiliser progressivement des logiciels réellement utiles.
De l’Altair aux premiers ordinateurs familiaux : au milieu des années 1970, l’informatique quitte progressivement les laboratoires.
Les années 1980 : l’ordinateur familial se démocratise
Si Apple, Commodore et Tandy ouvrent la voie dès 1977, c’est surtout au début des années 1980 que le micro-ordinateur entre massivement dans les foyers, notamment en Europe.
Sinclair
En Grande-Bretagne, Sinclair joue un rôle considérable. Le ZX80, commercialisé en 1980, puis surtout le ZX81 en 1981 proposent une informatique volontairement minimaliste à un prix particulièrement bas. Avec seulement quelques kilo-octets de mémoire, un téléviseur comme écran et un magnétophone à cassette pour enregistrer les programmes, ces machines permettent à toute une génération de découvrir le BASIC et d’écrire ses premiers programmes.
En 1982 arrive le ZX Spectrum, beaucoup plus séduisant avec son affichage couleur. Équipé d’un processeur Zilog Z80, il connaît un immense succès et devient également une formidable machine de jeu.
Sinclair tentera ensuite de conquérir un marché plus professionnel avec le QL, lancé en 1984. Cette fois, changement radical : le Z80 laisse place à un processeur de la famille Motorola 68000. Techniquement ambitieux, le QL ne connaîtra cependant pas le succès commercial du Spectrum.
Commodore
Sinclair est loin d’être seul. Commodore connaît un succès spectaculaire avec le VIC-20, puis surtout avec le Commodore 64, lancé en 1982. Basé sur une évolution du processeur MOS 6502, le C64 associe prix accessible, 64 Ko de mémoire, graphismes couleur et surtout d’excellentes capacités sonores. Il devient l’un des ordinateurs personnels les plus emblématiques de son époque.
Atari et autres
D’autres machines participent à cette effervescence : Atari 400/800 puis XL et XE, BBC Micro et Acorn, sans oublier à partir de 1984 les Amstrad CPC, particulièrement populaires en France et en Europe. L’Amstrad présente un avantage important pour le grand public : l’ordinateur, le clavier, le lecteur de cassette ou de disquette et le moniteur peuvent être proposés sous forme d’un ensemble immédiatement utilisable.
ZX81, Spectrum, Commodore 64, Amstrad CPC et Atari : les machines qui ont démocratisé l’informatique familiale.
Cette période est fondamentale dans l’histoire de l’informatique. Pour beaucoup d’utilisateurs, le premier contact avec un ordinateur ne s’est donc pas fait avec un IBM PC ou un Macintosh, mais devant un ZX81, ZX Spectrum, Commodore 64, Atari ou Amstrad CPC, souvent relié au téléviseur familial.
Et surtout, ces machines ne servaient pas uniquement à jouer : leurs utilisateurs apprenaient à programmer.
Quelques lignes de BASIC suffisaient pour afficher du texte, réaliser un calcul ou déplacer un caractère à l’écran. Des magazines publiaient même des programmes complets qu’il fallait recopier ligne après ligne.
Toute une génération découvrit ainsi que l’ordinateur n’était pas seulement une machine que l’on utilisait : c’était aussi une machine que l’on pouvait programmer soi-même.
1978 : le 8086 et la naissance d’une dynastie
En 1978, Intel commercialise le 8086, processeur 16 bits qui donnera naissance à une famille dont l’influence est toujours perceptible près d’un demi-siècle plus tard.
Une version utilisant un bus externe 8 bits, le 8088, sera choisie pour l’IBM PC 5150, lancé en 1981.
Cette décision est capitale.
L’IBM PC connaît rapidement le succès dans les entreprises et son architecture est reproduite par de nombreux constructeurs de machines « compatibles PC ».
Une gigantesque famille matérielle et logicielle se constitue autour de cette architecture.
Le PC devient progressivement un standard.
Motorola 68000 : l’autre grande famille
Intel n’est évidemment pas seul.
En 1979 apparaît le Motorola 68000, processeur particulièrement avancé pour son époque. Son architecture interne 32 bits associée à un bus externe 16 bits offre une base très performante.
Il équipera plusieurs ordinateurs emblématiques : Apple Macintosh, Commodore Amiga et Atari ST, mais également de nombreuses stations de travail et équipements professionnels.
Durant les années 1980, les familles Intel x86 et Motorola 68000 symbolisent deux grandes voies de la micro-informatique.
IBM PC, Macintosh, Amiga ou Atari ST : durant les années 1980, plusieurs familles de processeurs se disputent le marché du micro-ordinateur.
80386 : le PC passe réellement aux 32 bits
La famille x86 évolue rapidement : 80286 en 1982, puis 80386 en 1985.
Avec le 386, l’architecture x86 devient véritablement 32 bits, avec registres et bus de données 32 bits selon les versions.
Les ordinateurs personnels deviennent suffisamment puissants pour faire fonctionner des systèmes d’exploitation et des interfaces graphiques de plus en plus élaborés.
Puis arrivent le 80486 en 1989 et le Pentium en 1993.
Le processeur ne se contente plus d’exécuter plus rapidement les mêmes instructions. Cache intégré, unité de calcul en virgule flottante, pipelines et exécution de plusieurs instructions simultanément transforment profondément son architecture.
La course aux performances s’accélère.
La course aux mégahertz… puis aux gigahertz
Pendant les années 1990 et le début des années 2000, la fréquence devient l’un des arguments commerciaux majeurs.
Les centaines de mégahertz deviennent des gigahertz.
Mais augmenter indéfiniment la fréquence pose un problème : la consommation électrique et la chaleur dégagée augmentent fortement.
Les constructeurs doivent donc trouver une autre solution pour continuer à accroître les performances.
Au lieu d’accélérer sans cesse un seul cœur de calcul, ils vont en installer plusieurs.
2005 : l’ère du multicœur
Au milieu des années 2000, les processeurs multicœurs deviennent courants dans les ordinateurs personnels.
Deux, quatre, huit cœurs et davantage peuvent désormais travailler parallèlement lorsque le logiciel le permet.
Dans le même temps, l’informatique personnelle adopte progressivement le 64 bits. AMD joue ici un rôle essentiel avec son extension AMD64, introduite commercialement avec les processeurs Opteron et Athlon 64 en 2003.
Intel adoptera ensuite une architecture compatible.
Le passage au 64 bits permet notamment de dépasser les limitations d’adressage mémoire caractéristiques des systèmes 32 bits et accompagne l’augmentation spectaculaire de la quantité de mémoire vive installée dans les ordinateurs.
Des milliers aux milliards de transistors
La comparaison avec le premier 4004 donne le vertige.
En 1971 : environ 2 300 transistors.
Aujourd’hui : plusieurs milliards, voire plusieurs dizaines de milliards de transistors selon les processeurs et systèmes sur puce considérés.
Cette progression a longtemps suivi ce que l’on appelle communément la loi de Moore, observation formulée par Gordon Moore en 1965 concernant l’augmentation rapide du nombre de composants intégrables sur une puce.
La miniaturisation permet non seulement d’augmenter la puissance, mais aussi d’intégrer de nouvelles fonctions : mémoire cache, contrôleurs mémoire, circuits graphiques, traitement vidéo et accélérateurs spécialisés.
ARM bouscule le monde du PC
Pendant longtemps, le PC est presque synonyme d’architecture x86.
Mais une autre famille s’est développée : ARM.
Fondée sur une philosophie RISC privilégiant notamment un jeu d’instructions plus simple, l’architecture ARM s’est imposée massivement dans les appareils mobiles et de nombreux systèmes embarqués.
En 2020, Apple marque une étape importante en lançant les premiers Mac équipés de son processeur M1, basé sur l’architecture ARM, en remplacement progressif des processeurs Intel dans ses ordinateurs.
Cette transition démontre qu’un ordinateur personnel performant n’est plus nécessairement lié à l’architecture x86.
Le processeur moderne devient hétérogène
Le processeur actuel ressemble de moins en moins à une simple unité centrale traditionnelle.
Les architectures modernes associent plusieurs types de ressources : cœurs rapides, cœurs économes en énergie, unités graphiques, caches de grande capacité et accélérateurs spécialisés.
Le développement récent de l’intelligence artificielle accélère encore cette évolution avec l’intégration de circuits destinés aux calculs matriciels et aux réseaux neuronaux, souvent regroupés sous l’appellation NPU.
L’objectif n’est donc plus seulement d’exécuter les instructions toujours plus vite.
Il s’agit de confier chaque type de calcul au circuit le mieux adapté.
Du 4004 aux processeurs multicœurs modernes : cinquante ans de miniaturisation ont fait passer le microprocesseur de quelques milliers à des milliards de transistors.
Et le radioamateur dans tout cela ?
Cette évolution a profondément transformé notre activité.
Les premiers radioamateurs informatisés utilisaient leurs machines pour le carnet de trafic, les calculs d’antennes ou les premiers modes numériques.
Aujourd’hui, l’ordinateur peut assurer simultanément le CAT, le décodage FT8, RTTY ou FreeDV, le traitement SDR, la poursuite satellite, la commande d’un rotor, la gestion du log et les communications via Internet.
Avec le SDR, une partie des fonctions autrefois réalisées exclusivement par des circuits analogiques spécialisés est même effectuée mathématiquement par le processeur.
L’histoire du microprocesseur rejoint donc directement celle de la radio moderne.
Une révolution qui tient dans quelques centimètres carrés
En un peu plus d’un demi-siècle, le microprocesseur est passé d’un composant 4 bits destiné à une calculatrice à des circuits capables d’effectuer des milliards d’opérations et de coordonner plusieurs cœurs de calcul.
Mais l’idée fondamentale reste étonnamment proche de celle des pionniers : lire une instruction, traiter des données et fournir un résultat.
Les technologies changent, les transistors se comptent désormais par milliards et les architectures deviennent toujours plus complexes.
Pourtant, quelque part au cœur de notre ordinateur moderne se trouve toujours le descendant du petit processeur qui, en 1971, contribua à faire tenir l’unité de calcul d’un ordinateur sur une puce de silicium.
Pour aller plus loin
Pour ceux qui souhaitent approfondir cette histoire, voici quelques ressources particulièrement intéressantes :
- Intel — L’histoire du microprocesseur 4004 : l’histoire du premier microprocesseur Intel, développé à l’origine pour les calculatrices Busicom. Intel présente également une frise historique consacrée au 4004, avec documents et illustrations d’époque.
- Computer History Museum — The Silicon Engine : une excellente chronologie de l’évolution des semi-conducteurs, du transistor aux circuits intégrés puis aux microprocesseurs.
- Computer History Museum — Chronologie des ordinateurs : une très riche histoire illustrée des machines et processeurs qui ont marqué l’informatique, du 4004 aux ordinateurs personnels.
- IBM — Histoire de l’IBM PC : IBM revient sur la naissance du PC 5150 de 1981 et explique comment son architecture ouverte contribua à faire du PC un standard de l’industrie.
- Apple — Le passage des Mac à Apple Silicon : l’annonce officielle de 2020 marquant l’abandon progressif des processeurs Intel dans les Mac au profit des processeurs conçus par Apple.
- IEEE History Center : archives et ressources consacrées à l’histoire de l’électricité, de l’électronique, de l’informatique et des technologies de l’information.
- Musée Bolo — Musée suisse de l’informatique : hébergé à l’EPFL de Lausanne, ce musée conserve une importante collection d’ordinateurs, de logiciels et d’objets retraçant l’histoire de l’informatique.
Ces ressources permettent de poursuivre le voyage depuis les premiers transistors jusqu’aux processeurs modernes, tout en découvrant les machines et les ingénieurs qui ont façonné l’informatique que nous connaissons aujourd’hui.
