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.
L'expertise technique et scientifique de référence
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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Technologie et performances2. Organisation, structure et technologie de l’ordinateur
2.1 Calcul, mémorisation et communication
La figure 2 présente la structure de base d’un PC ou d’une station de travail monoprocesseur en 2000. Ce schéma présente l’intérêt de mettre en évidence les trois éléments essentiels qui interviennent dans un ordinateur, quelle que soit sa structure : le calcul, la mémorisation et la communication.
Dans un monoprocesseur, le calcul et plus généralement le traitement de l’information, est réalisé par le processeur. Celui-ci se décompose en une partie opérative et une partie contrôle et est relié aux autres composantes de l’ordinateur via des bus (adresses, données et contrôle). La partie opérative est bâtie autour d’une unité arithmétique et logique (UAL), utilisée pour exécuter les instructions arithmétiques et logiques sur des nombres entiers, et sur différents opérateurs matériels, utilisés pour exécuter les opérations sur les nombres en représentation flottante. La partie contrôle est chargée de séquencer l’exécution des différentes instructions, en fonction de conditions internes au programme (exécution d’instructions conditionnelles) ou de conditions exceptionnelles (exceptions ou interruptions) résultant de causes internes à l’exécution du programme ou provenant du monde extérieur (par exemple, des interfaces d’entrées/sorties avec le monde extérieur). Le fonctionnement du processeur est détaillé dans l’article [H 705] (référence ). Cet article, après avoir rappelé les caractéristiques générales des différents
composants (registres et mémoires, UAL et opérateurs arithmétiques) et des transferts d’informations, montre comment organiser les différentes étapes de l’exécution des instructions de manière à obtenir un débit maximal d’exécution des instructions, et donc un temps d’exécution...
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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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