Présentation
Auteur(s)
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Dominique HOUZET : Docteur de l’Institut national polytechnique de Toulouse - Habilité à diriger des recherches - Maître de conférences à l’ENSEEIHT-INPT
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René J. CHEVANCE : Ingénieur du Conservatoire national des arts et métiers (CNAM) - Docteur ès sciences - Conseiller technologie et partenariats Bull - Professeur associé au CNAM
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’objectif de cet article est de donner une synthèse des éléments les plus importants en matière d’architecture des microprocesseurs. Le concept de microprocesseur, qui correspond à une implémentation, de la fonction unité de traitement, sur un seul circuit, ne s’éloigne pas, en termes d’architecture, des processeurs de type mini-ordinateur ou même mainframe. Si les ressources limitées de la technologie des microprocesseurs ont conduit les concepteurs des premiers microprocesseurs à limiter leur niveau de fonctionnalité, les progrès de cette même technologie font que la progression en matière d’architecture de système a été, est et sera bien plus importante au niveau des microprocesseurs. Il convient de mentionner qu’un certain nombre d’architectures de mini-ordinateurs et de mainframes ont été implémentées sous forme de microprocesseur (Bull DPS/7000, microVAX de DEC...). En conséquence, cette introduction à l’architecture des microprocesseurs ne fait pas seulement référence aux seuls microprocesseurs, mais place ceux-ci dans le contexte plus général de l’évolution de l’architecture des processeurs.
Cet article s’organise autour des différents aspects de l’architecture des microprocesseurs : le support système, le jeu d’instruction, la hiérarchie mémoire, l’architecture interne, les interfaces et l’évaluation des performances.
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VERSIONS
- Version courante de mai 2013 par Dominique HOUZET
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Performances et indicateurs de performance1. Description
1.1 Support des systèmes d’exploitation
Les microprocesseurs à usage général possèdent un support matériel permettant la mise en œuvre des systèmes d’exploitation, avec en particulier la gestion d’une mémoire virtuelle et des mécanismes de protection de la mémoire. Sur les microprocesseurs à usage général, le système d’exploitation doit permettre à plusieurs processus d’être résidants en mémoire simultanément. Afin de permettre à ces processus de cohabiter et de partager des données, un mécanisme de mémoire virtuelle est mis en oeuvre. Ces microprocesseurs utilisent soit un espace d’adressage virtuel linéaire, soit un espace d’adressage segmenté. Il y a indépendance entre la structuration de l’espace d’adressage de type segmentation et la notion de mémoire virtuelle. La mémoire virtuelle peut être implémentée de diverses manières. La solution la plus répandue présentée ici repose sur le mécanisme de pagination.
Dans cette partie, nous décrivons les différentes approches de la mémoire virtuelle utilisées par les microprocesseurs, puis les mécanismes de traduction d’adresses. Enfin, nous décrivons les mécanismes de protection mémoire.
Il n’est pas inutile de rappeler, pour commencer, quelques expériences concernant l’adressage virtuel dans le domaine de l’informatique traditionnelle. Ainsi, la conception de l’architecture de I’IBM System/360 a connu plusieurs évolutions notables :
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définition initiale (1964) : adressage limité à 24 bits sans mémoire virtuelle ;
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introduction de la notion de mémoire virtuelle de façon expérimentale avec le 360/67 en 1968, la capacité d’adressage étant toujours limitée à 24 bits. La série 370, à partir de 1970, correspond à la généralisation de ce concept au niveau des produits commerciaux ;
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extension de la capacité d’adressage virtuel à 31 bits avec l’architecture XSA (eXtended System Architecture) en 1983 ;
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extension de la capacité d’adressage virtuel, au moyen d’espaces d’adressage multiples, avec l’architecture ESA (Enterprise...
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