Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article présente l’évolution de l’architecture des ordinateurs, précisant ainsi la place et le rôle des articles de la rubrique «Matériel» de ce traité. Il décrit l’articulation entre la technologie des semi-conducteurs, les concepts architecturaux et les besoins des grandes classes d’applications utilisant ces ordinateurs, qu’ils soient visibles (PC et serveurs) ou non (systèmes embarqués et systèmes mobiles). L’augmentation des fréquences d’horloge liée aux générations successives de technologies CMOS a été déterminante pour les performances jusqu'au début des années 2000, mais le «mur de la chaleur», qui interdit des fréquences supérieures à 4 GHz, a provoqué un tournant vers les architectures parallèles (multi-cœurs, GPU, accélérateurs matériels) pour pouvoir continuer à augmenter les performances.
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This article gives an overview of the evolution of computer architecture, specifying the place and role of each individual "hardware" item. It goes on to show the relationships between semiconductor technology, architectural concepts and the needs of large classes of applications that use these computers, either visible (PCs or servers) or embedded (onboard and mobile systems). Increased clock frequency enabled by successive generations of CMOS technology was the key factor in performance gains until the early 2000s. Now the "heat wall", prohibiting frequencies above 4 GHz, has caused a shift towards parallel architectures (multi-cores, GPU, hardware accelerators) to continue enhancing performance
Auteur(s)
-
Daniel ETIEMBLE : Ingénieur de l’INSA de Lyon - Professeur à l’Université Paris-Sud
INTRODUCTION
Cet article a deux objectifs principaux. Le premier est de donner une perspective d’ensemble de l’évolution de l’architecture des ordinateurs. Cette présentation générale permet de préciser la place et le rôle de chacun des articles particuliers de la rubrique Matériel de ce traité. Le second objectif est de montrer l’influence respective de la technologie matérielle utilisée pour la réalisation des différents composants d’une part et des progrès architecturaux, d’autre part, sur les performances des ordinateurs. Nous montrons notamment les conséquences de l’évolution exponentielle des performances des circuits intégrés CMOS et l’évolution prévisible de ces performances et des architectures dans le futur.
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KEYWORDS
CPU | multi-core | GPU | CMOS technology | heat wall | memory wall
VERSIONS
- Version archivée 2 de févr. 2009 par Daniel ETIEMBLE
- Version courante de févr. 2016 par Daniel ETIEMBLE
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Organisation, structure et technologie de l’ordinateur1. Émergence du standard PC
Dans la décennie 80, la technologie CMOS va s’imposer comme la technologie dominante au point d’écarter toutes les autres (bipolaire et AsGa) y compris dans le domaine des superordinateurs. On a alors une succession de générations de technologies CMOS, une génération succédant à la précédente environ tous les trois ans, avec performance et densité d’intégration accrues. Par contre, il devient difficile de distinguer des générations successives d’ordinateurs. L’apparition de l’ordinateur personnel, défini par IBM sous nom de PC au tout début des années 1980, va avoir des conséquences fondamentales sur les deux décennies suivantes.
Les premiers ordinateurs sont apparus à la fin de la Seconde Guerre mondiale. Les historiens de l’informatique s’accordent pour reconnaître la machine ENIAC, construite à l’Université de Pennsylvanie (Moore School) pendant la guerre par J.P. Eckert et J. Mauchly comme le premier ordinateur. Cette machine commandée par l’armée américaine pour le calcul des tables de tir pour l’artillerie, était la première machine programmable. La machine avait une taille énorme : 30 m de long, 2,8 m de haut et plusieurs mètres de large. Elle possédait vingt registres de dix chiffres, chaque registre étant long de 60 cm. Le composant de base était le tube à vide, et il y en avait 18 000 dans la machine. La programmation était manuelle, par enfichage de câbles et positionnement d’interrupteurs. L’opération typique, l’addition de 10 bits prenait 200 µs, soit environ 200 000 fois plus que le temps d’une addition de 64 bits sur une machine à fréquence d’horloge 1 GHz en 2000. C’est von Neuman, intégré en 1944 au projet ENIAC, qui formalisa les concepts présents dans ce premier ordinateur, et connus maintenant sous le nom d’« ordinateurs de von Neuman ». Dès le début des années 1950, les premiers ordinateurs commerciaux apparaissaient, avec l’UNIVAC I (48 systèmes construits) et le premier ordinateur d’une compagnie spécialiste des machines comptables et des cartes perforées et qui est depuis devenue célèbre : L’IBM 701 (19 exemplaires vendus).
L’histoire des ordinateurs commençait. Pendant toute une période, on a pu assez facilement mettre en évidence des générations successives d’ordinateurs....
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Émergence du standard PC
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HENNESSY (J.-L.), PATTERSON (D.) - Architecture des ordinateurs, une approche quantitative. - International Thomson Publishing, édition française par D. Etiemble 1996.
-
(2) - CHEVANCE (R.-J.) - Serveurs multiprocesseurs, clusters et architectures parallèles. - Eyrolles 2000.
-
(3) - ETIEMBLE (D.) - Structure interne des ordinateurs. - H 705, 06-1993.
-
(4) - ETIEMBLE (D.) - Architecture des ordinateurs. Mémoires et entrées-sorties. - H 707, 09-1995.
-
(5) - ETIEMBLE (D.) - Composants logiques et opérateurs matériels. Fondements. - H 685, 09-1994.
-
(6) - ETIEMBLE (D.) - Mémoires à semi-conducteurs. Composants et organisation. - H 1 218, 08-1998.
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