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.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version courante de mai 2013 par Dominique HOUZET
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Techniques d’amélioration de la performance2. Performances et indicateurs de performance
La performance des microprocesseurs est un élément clé de la compétition à laquelle se livrent tant les fournisseurs de microprocesseurs que les fournisseurs de systèmes fondés sur ces microprocesseurs ou bien encore sur des microprocesseurs réservés à leur propre usage (appelés aussi proprietary).
2.1 Benchmarks
La mesure des performances s’opère au moyen de benchmarks. Les benchmarks sont des programmes, de taille souvent limitée, qui sont censés être représentatifs des caractéristiques des appli-cations. Il y a différentes catégories de benchmarks en fonction des classes d’application, nous allons les examiner ci-après.
La performance des processeurs a souvent été exprimée en termes de Mips (millions d’instructions par seconde). Une telle évaluation se fait sur une séquence type d’instructions machine, chacune de ces instructions étant accompagnée d’une pondération représentant sa fréquence d’occurrence dynamique (c’est-à-dire, lors de l’exécution) dans les programmes. Ce type de mesure ne permet réellement que la comparaison d’implémentations d’une même architecture : il n’y a pas de transposition évidente entre les séquences d’instructions d’architectures différentes.
Pour illustrer cela, on peut faire l’analogie avec une pratique qui consisterait à exprimer la vitesse des véhicules en terme de nombre de tours de roue par minute sur un trajet non défini et dans des conditions non spécifiées. Rappelons que, pour les automobiles, le diamètre des jantes varie, dans la pratique, de 12 à 18’’ !
Le besoin de comparer les performances d’architectures différentes a conduit à utiliser des benchmarks exprimés en langages de haut niveau.
L’apparition des microprocesseurs a provoqué la naissance d’un certain nombre de benchmarks dits « jouets » (toy) dont la représentativité était loin d’être la qualité première. Bien souvent, l’évaluation de tels benchmarks pouvait se faire avec des moyens de simulation simples (par exemple, traduction « manuelle » en langage machine) ou bien encore sur des prototypes de systèmes tellement simplifiés qu’ils n’avaient qu’un lointain rapport avec les systèmes « réels » dont ils étaient supposés représenter la performance. De tels benchmarks...
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