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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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans cet article, les auteurs se sont attachés à utiliser, dans la mesure du possible, les mots de la langue française et non pas ceux de la langue anglaise. Toutefois, lorsqu’il n’existe pas d’équivalence largement acceptée et suffisamment précise, le terme anglais – qui est souvent celui sous lequel la notion est apparue – est utilisé. A la première apparition dans le texte d’une notion, désignée par un terme anglais, une définition est donnée.
De façon symétrique, lorsqu’une notion, désignée par un terme français, apparaît pour la première fois, le terme équivalent anglais est indiqué.
Les auteurs espèrent que cette façon de procéder ne rebutera pas le lecteur, la clarté et la concision de l’exposé ayant été leurs motivations essentielles.
Le domaine des microprocesseurs évolue très vite et l’intensité de la compétition conduit souvent les acteurs à des déclarations dans lesquelles la rigueur n’occupe qu’une très faible part. Les auteurs ont essayé de donner les informations les plus récentes possible en cherchant à éviter toutefois le côté « poudre aux yeux » que certains fabricants et une certaine presse spécialisée n’hésitent pas à utiliser.
Les auteurs ont choisi d’aborder les microprocesseurs sous l’angle de leur architecture et de leur utilisation et non pas sous l’angle de la technologie et des processus industriels qui en permettent l’existence. En particulier, les relations avec le logiciel : systèmes d’exploitation et compilateurs y sont abordées.
Dans cet article le terme architecture fait référence au répertoire d’instructions utilisable par les programmeurs (l’interface entre le matériel et le logiciel) et aux mécanismes matériels sous-jacent permettant leur mise en œuvre. On parlera aussi d’implémentation d’une architecture : ce terme désigne une réalisation particulière d’une architecture. Une même architecture est susceptible d’avoir plusieurs implémentations répondant, par exemple, à des objectifs différents en matière de performance; du point de vue du logiciel, ces différentes implémentations sont compatibles, elles permettent d’exécuter les mêmes programmes.
Devant la variété des microprocesseurs disponibles et plutôt que de traiter superficiellement l’ensemble du sujet, les auteurs ont choisi, après l’exposé général de chacun des aspects, d’analyser plus particulièrement les microprocesseurs de haut de gamme.
Cet article étant de volume limité, le lecteur intéressé par certains aspects pourra consulter les références bibliographiques.
Cet article est la refonte actualisée du texte écrit précédemment par R. J. Chevance,
Ingénieur du Conservatoire national des arts et métiers,
Docteur ès sciences,
Professeur associé au Conservatoire national des arts et métiers.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de déc. 1983 par Wladimir MERCOUROFF, François-Marie BLONDEL
- Version archivée 2 de sept. 1993 par R.J. CHEVANCE
- Version courante de août 2012 par Dominique HOUZET
DOI (Digital Object Identifier)
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Relation des architectures de microprocesseur avec le logiciel2. Classification des microprocesseurs
2.1 Structure générale
Un microprocesseur intègre la fonction unité de traitement et éventuellement d’autres fonctions sur un seul chip. En introduction à ce paragraphe, nous allons présenter et commenter brièvement la structure interne d’un microprocesseur générique (figure 4).
Ce microprocesseur est composé d’un certain nombre de blocs fonctionnels :
-
l’unité arithmétique et logique pour le calcul sur les entiers (ALU Arithmetic and Logic Unit) qui comprend aussi les registres de travail ;
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l’unité graphique pour le traitement des tableaux d’octets (les points d’images) ;
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l’unité de calcul sur les nombres flottants (FPU Floating Point Unit) qui contient aussi les registres flottants ;
-
une unité relative au traitement de l’adressage et de la protection (MMU Memory Management Unit). Cette unité contient le cache de traduction d’adresses TLB Translation Lookaside Buffer) ;
-
un cache données et un cache instructions ;
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une unité d’interface avec le monde extérieur qui pilote les broches du microprocesseur. Une telle unité peut contenir une mémoire tampon (buffer) d’écriture (permettant de ne pas retarder le microprocesseur lors d’une opération d’écriture en mémoire), le support du protocole de bus et la logique de contrôle de cache (support de la cohérence en environnement multiprocesseur).
Ce schéma montre aussi les chemins de données entre ces blocs fonctionnels.
HAUT DE PAGE2.2 Équation de base de la performance
La performance d’un processeur pour l’exécution de la partie « traitement » (c’est-à-dire hors entrées-sorties mais intégrant les actions prises en compte par le système d’exploitation) s’exprime de la façon suivante :
temps/tâche = instructions/tâche* cycles/instruction* temps/cycle
Cette équation repose sur l’hypothèse que la tâche n’implique qu’un seul flot d’instructions. C’est généralement le cas mais il existe des approches dans lesquelles on cherche à faire exécuter une tâche...
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