le pentium pro

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Historique des PROCESSEURS du PC : du 486 à nos jours
LES PRINCIPALES Caractéristiques DES PROCESSEURS
Intéressons-nous aux principales caractéristiques des processeurs courants.
Commençons par le processeur le plus ancien. Le 486 a vu le jour en 1991. Il se distingue de ses
prédécesseurs par deux caractéristiques :
 un cache de 8 Ko ;
 un coprocesseur intégré pour les opérations mathématiques.
Mémoire cache :
Il est facile de comprendre pourquoi la mémoire cache prend de plus en plus
d’importance : alors que la fréquence des processeurs atteint et dépasse les 400
MHz, on n’a pas réussi à accroître la vitesse d’accès à la mémoire vive dans les
Mot-Clé
mêmes proportions, loin de là ! La lecture des données en mémoire vive est trop
lente et le processeur est soumis à des attentes qui nuisent considérablement à son
efficacité. Depuis le 486, les processeurs contiennent un cache interne, nommé
cache L1 ou de premier niveau, d’une taille de 8 à 64 Ko.
Il sert de tampon pour les données provenant de la mémoire vive. L’accès à ce cache L1 a lieu
sans observation des cycles d’attente (waitstates) qui sont rendus obligatoires, par exemple, par la
fréquence du bus, lors de l’accès à la mémoire vive.
Un cache externe L2, dit de second niveau (beaucoup moins rapide), s’occupe des données qui
ne peuvent plus être entreposées dans le cache L1 .
À cela s’ajoutent un code micro optimisé et un meilleur accès à la mémoire.
Au départ, le 486 fonctionnait à une fréquence de 25 MHz, c’est-à-dire qu’il était capable de traiter
25 millions de cycles par seconde. Par la suite, Intel augmenta cette fréquence à 33 MHz, puis à
50 MHz. Des problèmes liés à la chaleur firent leur apparition, notamment sur la carte mère. On
continua alors à augmenter la fréquence interne, tandis que la fréquence externe n’évoluait plus
guère. Le doubleur de fréquence permettait de fonctionner à l’intérieur du processeur à une
fréquence double de celle de l’extérieur.
Le doubleur de fréquence est signalé par la mention DX2 dans l’appellation du processeur. Les
DXZ fonctionnent en interne à 50, 66, 80 ou 90 MHz, alors qu’à l’interface entre le processeur et la
carte mère, on ne mesurait que la moitié de cette vitesse.
Il existait aussi une version allégée du 486, le 486SX. La perte de poids était en général obtenue
en sacrifiant le coprocesseur.
De la concurrence pour le 486 D’INTEL :
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Le succès du 486 fut tel, à partir de 1994, que d’autres sociétés, par exemple AMD et Cyrix, ont
commercialisé un processeur de ce type. Certains de ces produits se démarquaient très
nettement de l’original fabriqué par Intel. Le 486 d’IBM, par exemple, ne contenait pas de
coprocesseur, mais il atteignait la fréquence de 100 MHz et offrait un cache L1 de 16 Ko.
AMD se contenta, dans un premier temps, d’imiter l’original d’Intel avant de créer sa propre
catégorie de processeurs avec l’AMD486DX2-80.
Cyrix ne proposa que des 486 allégés. Les modèles Cx486SLC et Cx486SLCZ ne contenaient pas
de coprocesseur, n’avaient pas plus de 1 Ko de cache et utilisaient un ancien schéma de sorties.
486 DX4-100 d’INTEL :
La concurrence poussa Intel à étendre sa palette de 486. En réponse aux modèles de chez AMD
et Cyrix, la société présenta le DX4. Le doubleur de fréquence était remplacé par un multiplicateur
de fréquence capable de faire fonctionner le processeur à une fréquence de deux à quatre fois
plus importante. De plus, le Dx4 d’Intel fonctionnait avec une tension de 3,3 V au lieu de 5 V. Il
apportait en outre deux nouveautés intéressantes : 16 Ko de cache au lieu de 8 comme sur les
486 traditionnels et un multiplicateur d’entiers géré par microcode, ce qui améliorait sensiblement
ses performances globales.
La réponse de la concurrence fut l’AMD 486DX4-120 qui fonctionnait à une fréquence de 120MHz.
Le Pentium :
Le fait que le successeur du 486 s’appelle Pentium, et non 586, est dû au droit commercial
américain. Intel ne pouvait pas protéger l’appellation 586.
Voici les nouveautés du Pentium par rapport à ses prédécesseurs :
 deux unités de calcul en parallèle permettent de traiter deux commandes simultanément
(architecture superscalaire)
 les instructions machine ont été modifiées dans l’optique RISC (Reduced Instruction Set), ce qui
améliore l’efficacité
 le cache L1 est augmenté de 8 Ko à 16 Ko et partagé pour moitié en cache commandes et, pour
l’autre moitié, en cache données
 le cache L1 possède des propriétés Write Back (voir mot clé)..
Avec toutes ces caractéristiques, le Pentium a presque doublé ses performances par rapport à un
486 travaillant à la même fréquence.
Write Back et Write Through :
Mot-Clé
Les caches internes des processeurs existent en deux versions : Write Back et
Write Through. En mode Write Through, le processeur écrit immédiatement les
données dans la mémoire vive, relativement lente en comparaison du cache. En
mode Write Back, le processeur attend d’être un peu moins occupé pour écrire
les données dans la RAM. Le mode Write Back est le plus efficace.
Le Pentium a d’abord été conçu dans la version 60 MHz. Sa fréquence fut de 66 MHz par la suite.
La carte mère fonctionnait avec une tension de 5 V, désignée par l’indication P5.
Les nouveaux ordinateurs Pentium dépassent les 400 MHz et fonctionnent avec une tension de
3,3 V. La carte mère correspondante est désignée par P54C. il existe par ailleurs un autre type de
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carte mère, car, à partir du Pentium 120, la présentation a été modifiée et le diffuseur de chaleur,
supprimé.
PENTIUM MMX
Ce nouveau Pentium possède, outre les composants du Pentium classique, une mémoire cache
L1 de 32 Ko.
Le Pentium MMX (PSSC) fonctionne avec une tension de 2,8 V. Il existe alors quatre fréquences
d’horloge : 166, 200, 233 et 266 MHz.
Un jeu de 57 instructions MMX (Multimedia extension) a été ajouté. Ces extensions sont destinées
à accélérer les applications multimédias.
Le MMX fonctionne selon la technique SIMD (Single Instruction Multiple Data) qui permet au
processeur de traiter plusieurs données en une seule instruction on (un cycle d’horloge). Quatre
types de données sont autorisées :




un mot codé sur 64 bits
deux mots codés sur 32 bits
quatre mots codés sur 16 bits
huit mots codés sur 8 bits.
Pour conserver une compatibilité avec les anciennes applications, les instructions MMX utilisent
les registres exploités par l’unité de calcul en virgule flottante, pour les calculs du même type
(virgule flottante). Les calculs en nombre entier et les calculs en virgule flottante doivent donc être
effectués de façon séquentielle. Le passage de calcul en virgule flottante vers une application
utilisant MMX prend 53 cycles d’horloges, phénomène qui ralentit sensiblement le processeur.
Alternative au Pentium d’Intel
Premier concurrent du Pentium : NEXGEN Nx586
NexGen fut le premier à pouvoir proposer un processeur de type Pentium. Voici les
caractéristiques de ce 586 de NexGen :
 comme sur le Pentium, deux unités de calcul peuvent exécuter deux commandes à la fois
 l’architecture RISC (voir mot clé) convertit les commandes 80 x 86 habituelles en commandes
RISC, ce qui augmente la vitesse de traitement.
Jeux de commandes CISC et RISC :
Mot-Clé
Les processeurs de PC passent progressivement de la structure CISC à la
structure RISC. Ces deux abréviations désignent des types de commandes en
langage machine, .Par le passé, on utilisait presque systématiquement le
procédé CISC (Complex Instruction Set Code). Ces commandes sont
relativement complexes et spécialisées pour des tâches concrètes, c’est
pourquoi le nombre de commandes CISC est relativement élevé. Dans le
procédé RISC (Reduced Instruction Set Code), les commandes machine sont
plus généralistes, moins lourdes et moins nombreuses. Les instructions
complexes sont composées grâce à la combinaison de plusieurs commandes
RISC. Un processeur utilisant les commandes RISC est plus efficace et plus
rapide.
 Le cache L1 a une taille de 32 Ko.
 Le Nx586 accède à la vitesse de la fréquence interne au cache L2 (la taille de ce cache est de
256 Ko) – le Pentium n’accède à ce cache qu’à la fréquence externe.
Les processeurs Nx fonctionnent à une fréquence nominale légèrement inférieure à celle des
Pentium équivalents. Les valeurs habituelles se situent à 70 et à 93 MHz. Processeurs NexGen
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souffrent cependant de certains handicaps : aucun processeur Nx ne possède encore de
coprocesseur intégré (ce qui n’affecte pas particulièrement, le travail quotidien sur la plupart des
PC). En 1996, il n’existait pas encore de jeu de puces pour le bus PCI (ce qui est plus gênant). On
ne trouvait qu’un jeu de puces pour le bus VLB. Si vous voulez acheter un ordinateur équipé de ce
processeur, vérifiez qu’il possède un coprocesseur et qu’il prend en charge le bus PCI.
CYRIX 6x86 :
La Société Cyrix propose la série des 6x86 comme alternative au Pentium d’Intel.
La série des 6x86 se décline avec les modèles suivants :
 6x86-PR350+
 6x86-PR200+
 6x86-PR166+
 6x86-PR150+
 6x86-PR133+
 6x86-PR120+
Les caractéristiques de ces processeurs sont les suivantes :
 bus de données de 64 bits
 bus d’adressage de 32 bits
 support P54C
 voltage de 3,3 V ou 3,45 V.
Ces processeurs portent un nom correspondant à leurs performances (133, 150 …) par rapport à
des processeurs Intel. En réalité, ils fonctionnent à des fréquences inférieures (respectivement
110, 120, 133 et 150 pour les 6x86-p 120+, 133+, 150+ et 166+). En général, les processeurs
Cyrix se comportent aussi bien que ceux d’Intel, et parfois mieux (sauf en cas de nécessité du
coprocesseur).
Cyrix, contrairement à Intel, franchit les 66 MHz pour la fréquence externe. Il est donc important
de vérifier si votre carte mère est capable de prendre en charge ce type de processeur, si vous
décidez d’en acquérir un.
Pour remédier au problème de surchauffe des modèles 6x86, Cyrix a développé le 6x86L
fonctionnant avec une tension de 2,8 V.
CYRIX 6x86 MX (M2)
En réponse à la technologie MMX, Cyrix a développé sa propre technologie baptisée MX. Cette
catégorie de processeur intègre un cache L1 de 64 Ko et nécessite une alimentation de 2,8 V. Les
modèles existants sont les suivants :
 6x86MX-PR166
 6x86MX-PR200
 6x86MX-PR233.
 6x86MX-PR333.
 6x86MX-PR400.
AMD-K5
La famille des processeurs AMD-K5 est une autre alternative au Pentium d’Intel. Ce type de
processeurs est compatible au format Socket 7 (celui du Pentium) et ne nécessite qu’une mise à
jour du BIOS pour les cartes mères les moins récentes. L’alimentation du processeur est de 3,3 V.
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Il existe cinq versions de l’AMD K5 :
 AMDKSPR90
 AMD K5 PR1OO
 AMD KS PR120
 AMD K5 PR133
 AMD K5 PR166.
AMD-K6 MMX
La sixième génération des processeurs AMD est également compatible avec le support Socket 7
(donc avec les cartes mères standard) et concurrence directement les processeurs de type
Pentium Pro, voire Pentium II (tout en étant une solution économique).
Le K6 intègre un cache L1 de 64 K bits de cache L1 (32 bits de données, plu d’instructions), ce qui
représente un record parmi ce type de processeurs (support Socket7).
Il intègre la technologie MMX (avec une licence Intel) et utilise une architecture de type RISC86. Il
est alimenté en 2,9V ou 3,2 V.
L’AMD-K6 existe en quatre modèles :
 AMD K6166
 AMD K6200
 AMD K6233
 AMD K6266.
LE PENTIUM PRO
Le Pentium Pro utilise une architecture de type RISC. Les instructions x86 complexes sont
converties en micro-opérations compactes (Micro-OpS) avant d’être traitées.
Comme son prédécesseur, le Pentium Pro est doté d’un APIC (Advanced Programmable
Interrupt Conlroller) intégré pour faciliter son emploi dans les environnements multiprocesseurs.
Le Pentium Pro est capable de traiter trois opérations en même temps et atteint des performances
nettement supérieures à son prédécesseur. Comparé à un Pentium fonctionnant à la même
cadence, le Pentium Pro 150 est environ 50 % plus rapide.
Les autres caractéristiques de ce nouveau processeur sont les suivantes :
 il intègre un cache L1 de 16 Ko, plus 256 Ko, avec lequel il peut travailler à la vitesse de la
fréquence interne, ou un cache L2 de 512 Ko.
 le bus d’adresse est élargi à 36 bits, par rapport aux autres processeurs qui sont à 32 bits, ce
qui autorise l’adressage de 64 Go de mémoire – le bus de données a une largeur de 32 bits en
interne, de 64 bits en externe.
 Pour maîtriser les besoins en énergie des 5,5 millions de transistors qui se trouvent sur la
puce, la tension d’alimentation a été abaissée à 2,5 V – le brochage du P6 n’est pas
compatible avec celui de ses prédécesseurs, il nécessite en outre un autre jeu de puces.
Le Pentium Pro est destiné à disparaître au profit du Pentium II. Il existe actuelle en trois
modèles :
 Pentium Pro 150
 Pentium Pro 180
 Pentium Pro 200.
 Pentium Pro 450.
Le PENTIUM II :
Successeur de la famille des Pentium s’appelle Pentium II (il devait s’appeler Klamath). Il est
constitué d’éléments d’architecture tirés du Pentium MMX et du Pentium Pro.
Il dépasse les 200 MHz et est décliné en 6 versions.
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 Pentium II 233 ; Pentium II 266 ; Pentium II 300 ; Pentium II333 ; Pentium II 350 ; Pentium II
400.
Il intègre également les fonctions MMX et révèle la même efficacité avec des applications tant 16
bits que 32 bits. Intel a préféré le nommer Pentium II pour tirer parti de l’impact auprès du public
de la marque Pentium.
Le Pentium II oblige à changer la carte mère, puisque le support ZIF (Zero Insertion Force) est
abandonné au profit d’une extension spécifique : Slot1. Ce processeur se présente sous la forme
d’une carte enfichable, munie d’un énorme radiateur pour la dissipation thermique. Cette carte
porte l’appellation de Cartouche SEC (Single Edge Connector).
Sur cette carte sont associés le processeur et la mémoire cache de niveau 2 (512 Ko). La
fréquence de travail de la mémoire L2 est de moitié inférieure à la fréquence interne du
processeur.
Le bus de données est toujours à 66 MHz, mais passe à 100 MHz pour les Pentium II dernière
génération.
Le Pentium II intègre une mémoire cache L1 de 32 Ko (16 Ko pour les données et 16 Ko pour les
instructions). Ce cache est géré par la méthode Super Pipe Line.
Ce processeur est actuellement sous-utilisé en raison de l’absence de chipset spécialement conçu
pour lui. La sortie du chipset Intel 440BX remédie à ce problème en répondant entre autres aux
normes PC97 .
Le dernier-né de la gamme Intel, le Celeron, est une variante économique du Pentium II. Il n’a pas
de mémoire cache, ce qui diminue considérablement ses performances. Intel a sorti, fin 1998, le
Katmai, avec une série de 70 nouvelles instructions MMX (nommées KNI) et la technologie 0.25
Microns.
Il devrait profiter du nouveau support, le Slot2. fin 1999 devrait voir la naissance de processeurs
utilisant la technologie 0.18 Microns et des fréquences de 600 MHz à 1 GHz.
Avenir :
TANNER, l’ après-Pentium Il : ( le Pentium III )
Le Pentium Il à 450 MHz devrait être l’avant-dernière déclinaison de la gamme. Avant la fin de
l’année, lntel commercialisera le Pentium Il à 500 MHz, qui , mettrait un terme à cette série. Dans
le courant de 1999, le fondeur devrait proposer un nouveau type de Pentium Il (dont le nom du
code est Tanner) utilisant un connecteur Slot 2.
La grande nouveauté résidera dans la possibilité d’installer plus de mémoire cache (peut-être
jusqu’à 2 Mo) qui fonctionnera à la cadence du processeur. Actuellement, ce dernier a une
fréquence de deux fois supérieure à celle de la mémoire cache.
Toujours, durant l’année 1999 apparaîtra le Coppermine (processeur pour Slot 1 ) dont le principal
intérêt ,tiendra de l’utilisation de transistors à 0,18 micron, qui permettraient d‘atteindre des
fréquences de 600 MHz, voire plus.
Il devrait utiliser pour cela .un bus externe à 133 MHz. Enfin, le Cascades, prévu pour la fin de
1999 devrait combiner le support Slot 2 du Tanner et l’architecture à 0,18 micron.
Nous sommes maintenant au PENTIUM III 650 MHz.
Sources :
Data Becker GmbH & co. KG
Documents constructeurs
PC Direct (d’octobre 98)
Le PC et Windows (Schuster Macmillan)
Gérard ISSARTEL
LP Maréchal Leclerc, Saint-Jean de la Ruelle
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