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Auteur(s)
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René J. CHEVANCE : Ingénieur du Conservatoire National des Arts et Métiers - Docteur ès Sciences - Conseiller Technologie et Partenariats Bull - Professeur associé au CNAM
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Après une caractérisation des microprocesseurs, cet article présente une classification des architectures, tout d’abord en fonction de leur type d’architecture puis de leur usage. Les architectures de type RISC (Reduced Instruction Set Computer) (machines à jeu d’instructions réduit) ont été ces dernières années un facteur déterminant de l’augmentation de la performance des microprocesseurs, aussi il nous a semblé utile d’en rappeler ici l’histoire. Ce paragraphe se termine par une présentation des concepts de l’architecture IA-64 présentée par Intel et HP en octobre 1997.
On explicite ensuite les relations qui existent entre les architectures de microprocesseur et le logiciel de base : compilateurs et systèmes d’exploitation. Les différents niveaux de compatibilité et leurs implications sont ensuite discutés. L’article se termine par une description des techniques de migration d’architectures, c’est-à-dire des techniques qui permettent de supporter sur une architecture des programmes — au niveau binaire — qui fonctionnaient sur une autre architecture. Ce genre de technique permet d’exploiter le potentiel de performance des nouvelles architectures (et de leurs implémentations) pour « récupérer » l’existant.
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Relation des architectures de microprocesseur avec le logiciel1. Classification des architectures de microprocesseurs
1.1 Caractéristiques générales des microprocesseurs
Un microprocesseur intègre la fonction unité de traitement et éventuellement d’autres fonctions sur un nombre très réduit de puces, une seule puce dans la plupart des cas.
En introduction à ce paragraphe, nous allons présenter et commenter brièvement la structure interne d’un microprocesseur générique (figure 1).
Le propos de ce schéma n’est pas de présenter un microprocesseur particulier mais de décrire les différents éléments constitutifs d’un microprocesseur :
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le microprocesseur dialogue avec l’extérieur au moyen d’une interface bus (accès aux instructions et aux opérandes situés en mémoire, accès aux contrôleurs de périphériques). L’unité qui interface avec le bus supporte, généralement, un protocole de cohérence de cache pour le fonctionnement en environnement multiprocesseur ;
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la quasi-totalité des microprocesseurs intègrent des caches (voir article Architectures et performances Microprocesseurs- Architectures et performances ) qui exploitent les propriétés de localité spatio-temporelles des programmes afin de masquer la latence de la mémoire. On trouve généralement deux niveaux de caches : les caches internes au microprocesseur dit caches de premier niveau ou L1 (Level 1) et un niveau de cache externe au microprocesseur appelé cache de second niveau ou L2 (Level 2). Le microprocesseur intègre, généralement, l’unité en charge de la gestion du cache L2. Pour le cache de données, le microprocesseur supporte, généralement, un protocole de cohérence de cache pour le fonctionnement en environnement multiprocesseur ;
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un groupe composé des registres destinés à contenir des nombres entiers et les opérateurs agissant sur ces nombres. Pour les microprocesseurs les plus simples, on n’a qu’un bloc opérateur et pour les microprocesseurs les plus performants, on dispose de plusieurs opérateurs pouvant fonctionner en parallèle ;
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d’une façon symétrique, on a un groupe composé des registres destinés à contenir des nombres en virgule...
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