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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Description4. Conclusion
L'ensemble des aspects de l'architecture des microprocesseurs présentés dans cet article et resitués dans leur contexte historique et technologique montre comment les choix architecturaux ont évolué pour prendre en compte l'évolution des contraintes de coût, de consommation d'énergie et de d'accroissement des performances pour satisfaire les nouvelles applications toujours plus nombreuses. Le lien avec le logiciel est un aspect des plus importants qui garantit l'utilisabilité efficace des processeurs. Une révolution majeure est en cours actuellement aussi bien au niveau matériel que logiciel, il s'agit du développement du parallélisme comme solution à la recherche d'efficacité énergétique du calcul. Ce parallélisme apparaît à de nombreux niveaux matériel (pipeline, multi/many-cœurs, hyperthreading), par contre sa prise en compte au niveau logiciel reste problématique. Des solutions pour certaines applications sont bien maîtrisées (calcul scientifique massivement parallèle, serveurs WEB et bases de données au travers de la virtualisation en particulier), mais souffrent toujours de difficultés d'adaptation lorsque les architectures évoluent, car l'efficacité du parallélisme passe souvent par une adaptation à l'architecture pour bénéficier pleinement de ses avantages. Les modèles, langages et environnements de programmation parallèle sont au cœur de cette révolution à peine commencée. Les difficultés de programmation parallèle et les contraintes de débit vers les mémoires externes risquent de compromettre cette course au parallélisme. De nouvelles technologies, comme l'empilement de puces en 3D, peuvent supprimer la limite de débit mémoire en connectant directement les mémoires au cœur de processeurs. Certains circuits sont déjà en production avec deux couches. Cela permettra de poursuivre l'augmentation des performances des processeurs qui sont au cœur des objets numériques bouleversant nos modes de vie.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - IBM - IBM System Journal. - Vol. 28, no 1 1989 Numéro consacré à Enterprise System Architecture.
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(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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(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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