Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
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 au sens général. Les différents aspects de l'architecture des microprocesseurs sont le support système, le jeu d'instruction, la hiérarchie mémoire, l'architecture interne, les interfaces, le parallélisme et l'évaluation des performances. Cette présentation de l'achitecture des microprocesseurs est illustrée par des exemples de ce qui se fait de mieux dans chaque domaine.
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The concept of the microprocessor, which corresponds to the implementation of the processing unit on a single circuit resembles processors, in the broad sense, in terms of architecture. The various aspects of the architecture of microprocessors are the support system, instruction set, memory hierarchy, internal architecture, interfaces, parallelism and assessment of performances. This presentation of the architecture of microprocessors is illustrated by state-of-the-art devices in each field.
Auteur(s)
-
Dominique HOUZET : Docteur de l'Institut national polytechnique de Toulouse - Professeur des universités à Grenoble-INP/PHELMA - Responsable de l'équipe CNRS AGPIG/GIPSA-Lab
INTRODUCTION
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 au sens général. C'est pourquoi 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.
Les microprocesseurs sont au cœur de la révolution du numérique. Ils permettent le développement d'applications et de solutions accessibles au plus grand nombre de par leur universalité et leurs performances. Leur généralisation dans les systèmes numériques fait qu'ils sont un élément incontournable. Les caractéristiques architecturales et leurs liens avec le logiciel sont des éléments fondamentaux pour estimer les performances d'une solution complète à base de microprocesseurs, aussi bien pour le développement d'un nouveau système que pour son utilisation. La variété des domaines d'application a conduit à un foisonnement de modèles de microprocesseurs, en particulier dans les systèmes mobiles. Par contre ceux-ci se basent tous sur des concepts identiques au niveau architecture. Cet article a pour objectif de parcourir ces différents concepts et de montrer comment ils se déclinent au travers d'exemples d'implémentations. On se base ici principalement sur les microprocesseurs d'ordinateurs personnels et de serveurs, ceux de systèmes embarqués reprenant de manière plus ou moins simplifiée les mêmes concepts.
Les principaux aspects développés dans l'article concernent l'architecture interne des pipelines de traitement des instructions qui extraient du programme à exécuter le maximum d'instructions à exécuter en parallèle, la hiérarchie mémoire qui permet de limiter l'impact des temps d'accès à la mémoire centrale, le support système qui permet en particulier de virtualiser la taille limitée de la mémoire centrale et gérer plusieurs applications en même temps, les jeux d'instructions qui sont le lien entre le logiciel et le matériel, les interfaces vers les périphériques qui concourent à la performance globale d'un système, le parallélisme qui est une source de performances délicate à optimiser et pour terminer quelques éléments d'évaluation des performances des microprocesseurs haut de gamme.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
microprocessors | architecture
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 1999 par Dominique HOUZET, René J. CHEVANCE
DOI (Digital Object Identifier)
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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 applications. 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 ont donc donné lieu à des estimations de performance où le caractère publicitaire avait largement pris le pas sur...
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Performances et indicateurs de performance
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - IBM - IBM System Journal. - Vol. 28, no 1 1989 Numéro consacré à Enterprise System Architecture.
-
(2) - BELL (C.-G.), SRECKER (W.-O.) - Computer structures : What have we learned from the PDP – 11 ? - Proc. Thrid Annual Symposium on Computer Architecture (January).
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(3) - ORGANICK (E.) - The Multics System : An Examination of lts Structure. - The MIT Press Cambridge Massachusetts (1972).
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(4) - ANSI/IEEE - IEEE Standard for Floating-Point Arithmetic (Std 754-2008). - ISBN 978-0-7381-5753-5 (2008).
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(5) - GOLDBERG (O.) - What every computer scientist should know about Floating-Point Arithmetic. ACM Computing Surveys. - Vol. 23, no 1, p. 5-48, mars 1991.
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(6) - AHO (A.-V.), SETHI (R.), ULLMAN (J.-D.) - Computers Principles, Techniques...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
SPEC : http://www.spec.org
ACM : http://www.acm.org
HAUT DE PAGE
ACM-ISCA : International Conference on Computer Architecture
IEEE-MICRO : International Conference on Microarchitecture
HAUT DE PAGE
Intel : http://www.intel.com
Motorola : http://www.motorola.com
AMD : http://www.AMD.com
Via : http://www.via.com.tw
ARM : http://www.arm.com
MIPS : http://www.mips.com
Analog Devices : http://www.analog.com
Nvidia : http://www.nvidia.com
IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers : http://www.iee.org/
ACM : Association for Computer Machinery : http://www.acm.org/
FSF :...
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