Introduction
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Architecture des ordinateurs Introduction Daniel Etiemble [email protected] Les grandes classes de système Caractéristique Ordinateur de bureau Serveur Enfoui/embarqué Prix du microprocesseur 100 à 1000 € 200 à 2000 € par processeur 0,20 à 200 € par processeur Microprocesseurs vendus en 2000 150 millions 4 millions 300 millions (en ne comptant que les 32 et 64 bits) Critères Prix performance Performance graphique Débit, disponibilité, extensibilité Prix, puissance dissipée, performance pour l’application L3 Informatique 2007-08 Architecture des ordinateurs D. Etiemble 2 1 Ventes des microprocesseurs (fin du siècle dernier ☺) • Processeurs enfouis/embarqués – – – – 4 bits : 2 milliards 8 bits : 4,7 milliards 16 bits : 700 millions 32 bits : 400 millions • DSP (traitement du signal) – 600 millions • Généralistes classiques – 150 millions L3 Informatique 2007-08 Architecture des ordinateurs D. Etiemble 3 Les applications • • • • • • • • Usage général Calcul Scientifique GRAPHIQUE Traitement du signal JAVA BD WEB Enfoui et embarqué L3 Informatique 2007-08 Architecture des ordinateurs D. Etiemble 4 2 PERFORMANCE NI Texécution = NI * CPI * Tc = IPC * F Temps de cycle Nombre de cycles/Instruction • Nombre d’instructions – Jeu d’instructions et compilateur • CPI – Microarchitecture • Tc – Technologie CMOS et Microarchitecture L3 Informatique 2007-08 Architecture des ordinateurs D. Etiemble 5 DES EXPONENTIELLES MICROPROCESSEURS 2x/1,5an CPU Performance après 1987 Performance avant 1986 Fréquence d'horloge (MOS) Evolution/an L3 Informatique 2007-08 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% Architecture des ordinateurs D. Etiemble 6 3 DES EXPONENTIELLES MEMOIRES 2x/1,5an 0% 20% 40% 60% C ap a cit é La te nc e 0,5/10 ans Evolution/an DISK L3 Informatique 2007-08 DRAM Architecture des ordinateurs D. Etiemble 7 La loi de Moore Transistors par puce 108 256M Mémoire Microprocesseur 107 106 256K i486™ i486™ 64K 4K 16K 1K 80286 Pentium® Pentium® III Pentium® II Pentium® Pro i386™ i386™ 8086 103 102 4M 1M 105 104 16M 64M 4004 8080 101 100 ’70 ’73 ’76 ’79 ’82 ’85 ’88 ’91 ’94 '97 2000 Source: Intel L3 Informatique 2007-08 Architecture des ordinateurs D. Etiemble 8 4 LES DIFFERENTIELS 10000 1000 CPU 100 Mémoire 10 2000 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 1 Complexité croissante de la hiérarchie mémoire L3 Informatique 2007-08 Architecture des ordinateurs D. Etiemble 9 Densité de puissance 1000 Nuclear Nuclear Reactor Reactor 2 Watts/cm 100 Rocket Nozzle Pentium® Pentium® 4 Hot plate 10 Pentium® Pentium® III Pentium® Pentium® II Pentium® Pentium® Pro Pentium® Pentium® i386 i486 1 1.5µ 1µ 0.7µ 0.5µ 0.35µ 0.25µ 0.18µ 0.13µ 0.1µ 0.07µ * “New Microarchitecture Challenges in the Coming Generations of CMOS CMOS Process Technologies” Technologies” – Fred Pollack, Intel Corp. Micro32 conference key note - 1999. L3 Informatique 2007-08 Architecture des ordinateurs D. Etiemble 10 5 Le grand virage… • Evolution des processeurs pour PC (Intel, AMD) – De l’augmentation de la fréquence d’horloge… – Au parallélisme Processeur logique 1 Processeur logique 2 Processeur physique 1 Etat archit. Etat archit. (registres) (registres) Etat archit. (registres) Unités fonctionnelles Unités fonctionnelles Caches Caches Mémoire principale Processeur physique 2 Etat archit. (registres) Unités fonctionnelles Caches Mémoire principale Multi-threads Multi-cœurs L3 Informatique 2007-08 Architecture des ordinateurs D. Etiemble 11 Plan du cours • Jeux d’instructions – Grandes caractéristiques – Spécificités selon objectif : performance/taille code/énergie • Exécution des instructions – Pipelines et parallélisme d’instructions • superscalaires et VLIW – Instructions SIMD • Accès aux données – Caches et mémoire virtuelle • Entrées-sorties L3 Informatique 2007-08 Architecture des ordinateurs D. Etiemble 12 6
