Tout savoir sur le matériel informatique Thème de l`exposé : Les

Tout savoir sur le matériel informatique
Thème de l’exposé : Les microprocesseurs 64bits et multicoeurs
Date : 04/11/2010
Orateurs : Quentin BRUYERE
Julien DRACHE
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Sommaire :
1. Introduction............................................................................................................................................. 3
2. Généralités sur les microprocesseurs.................................................................................................... 3
2.1. Historique et évolution des microprocesseurs................................................................................... 3
2.2. Notions multicoeurs/multithread....................................................................................................... 4
2.3. Structure et fonctionnement d'un microprocesseur........................................................................... 5
2.4. Explication sur les GHz annoncés......................................................................................................6
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1. Introduction.
Selon la loi de Moore, le nombre de transistors des microprocesseurs double tous les 18 mois. La
finesse de gravure des composants devient de plus en plus petite (45 nm en 2006) et on imagine que
bientôt cette finesse devrait se heurter aux règles de la mécanique quantique.
Un processeur est dit microprocesseur quand ses composants sont tellement petits qu'on peut les
grouper dans un même circuit intégré. Le processeur d'un ordinateur s'occupe de traiter les données des
programmes et d'exécuter les instructions. Il manipule des informations numériques codées (sous forme
binaire) et d'exécute les instructions stockées en mémoire.
2. Généralités sur les microprocesseurs.
2.1. Historique et évolution des microprocesseurs.
En 1969, deux ingénieurs d'Intel : Marcian Hoff et Frederico Faggin invente le microprocesseur.
Marcian Hoff a travaillé sur l'architecture du microprocesseur (architecture de bloc et jeu d'instructions).
Federico Faggin quand a lui, s'est chargé de sa conception, établie sur une nouvelle logique elle-même
intoduite par lui 1an plus tôt.
Le premier microprocesseur est commercialisé le 15 Novembre 1971 ; c'est l'Intel 4004. Il fut suivi par
l'Intel 8008 qui fût créé pour répondre à la demande d'un client. Il permettait de fabriquer des contrôleurs
graphiques en mode texte, mais jugé trop lent, il devint un processeur d'usage général. Ces processeurs
sont les précurseurs de la future famille des Intel x86 que l'on connais aujourd'hui.
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Ci-dessous, le tableau représente les principaux microprocesseurs fabriqués par Intel ainsi que
l'évolution de leurs caractéristiques (à savoir que les microprocesseurs de ses concurrents ne sont pas
représentés ici) :
Date Nom Nb Transistors Fréquence Largeur des
données (bits)
MIPS (en
million)
1971 4004 2300 108kHz 4/4 bus 0,06
1974 8080 6000 2MHZ 8/8 bus 0,64
1979 8088 29000 5MHz 16/8 bus 0,33
1982 80286 134000 6-16MHz 16/16 bus 1
1985 80386 275000 16-40MHz 32/32 bus 5
1989 80486 1.2M 16-100MHz 32/32 bus 20
1993 Pentium 3.1M 60-233MHz 32/64 bus 100
1997 Pentium 2 7.5M 233-450MHz 32/64 bus 300
1999 Pentium 3 9.5M 450-1400MHz 32/64 bus 510
2000 Pentium 4 42M 1,3-3,8GHz 32/64 bus 1700
2004 Pentium 4D
(Prescott)
125M 2,66-3,6GHz 32/64 bus 9000
2006 Core 2 Duo 291M 2,4GHz 64/64 bus 22000
2007 Core 2 Quad 2*291M 3GHz 64/64 bus 2*22000
2008 Core 2 Duo
(Penryn)
410M 3,33GHz 64/64 bus 24200
2008 Core 2 Quad
(Penryn)
2*410M 3,2GHz 64/64 bus 2*24200
2008 Intel Core i7
(Nehalem)
731M 2,66-3,33GHz 64/64 bus ?
2009 Intel Core i5/i7
(Lynnfield)
774M 2,66 GHz (i5)
2,93 GHz (i7)
64/64 bus 76383
2010 Intel Core i7
(Gulftown)
1170M 3,33 GHz 64/64 bus 147600
Quand on dit exécuter un programme, on parle en fait d'exécuter un flux d'instructions via le
processeur. Ces instructions sont exécutées à partir du nombre nécessaire de cycle(s) d'horloge (expliqués
dans la suite).
–Les microprocesseurs séquentiels exécutent les instructions les une après les autres.
–On parle de parallélisme, quand le microprocesseur peut traiter plusieurs instructions dans le
même cycle d'horloge. Cependant il est important que les instructions ne concerne pas la
même ressource. Cette file d'exécution nommée Pipeline est apparu dans les années 1960
grâce à IBM.
Les derniers processeurs exécutent en même temps autant d'instructions non-interdépendantes qu'ils
ont de pipelines, le résultat de l'exécution de chacune d'entre elles ne doit pas modifier les conditions
d'exécution de l'une des autres. On appelle ces processeurs superscalaires qui apparaissent en 1965. Ainsi,
le premier processeurs compatible sur PC est le Pentium.
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Aujourd'hui, les concepteurs de processeurs ne se concentrent plus sur la recherche d'exécution
simultané des instructions mais essayent d'améliorer le vitesse de leur exécution. Ainsi l'exécution out-of-
order est inventée. Ce système permet de trier les instructions de manière à ce que tous ses pipelines
contiennent des instructions indépendantes. Ce mécanisme s'est donc imposé sur les PC à partir des
années 1980 jusqu'aux années 1990.
On appelle SMT (Simultaneous Multi Threading) les procédés qui consiste à faire partager aux threads
les pipelines, caches et registres. Cela réduit le délai de changement de thread et réduit le temps liée à
l'attente de nouvelles instructions. La technique a été mise au point dans les années 1950. Au début des
années 2000, Intel commençait à produire des processeurs utilisant la technologie SMT à deux voies
autrement dit Hyper-threading.
Le Super-threading est, quant à lui, une technologie SMT dans laquelle plusieurs threads partagent
aussi les mêmes ressources, mais ces threads ne s'exécutent que l'un après l'autre et non simultanément.
Depuis longtemps déjà, les constructeurs avaient en tête l'idée d'utiliser plusieurs processeurs et les
rassembler dans un même composant. C'est ainsi qu'apparurent des processeurs utilisant deux ou quatre
cores, soit en 2001 le POWER4 d'IBM. Ils utilisent donc l'Hyper-threading ou le Super-threading. Ce
type de processeurs coûtent donc moins cher que si l'on achetait les processeurs équivalent séparés. Bien
sûr, il existe une diminution des performances totales du système.
2.2. Notions multicoeurs/multithread.
La notion de multi-coeurs (multi-core) représente un processeur possédant plusieurs « cœurs » (unité
de calcul) physiques.
On parle de multi-coeurs pour décrire un processeur possédant au moins deux cœurs différents gravés
dans la même puce. En 2005 apparurent les premiers processeurs multi-coeurs sur le marché du PC via
Intel et AMD, il s' agissait de cœurs dit homogènes (identiques). On peut retrouver des cas ou les cœurs
sont différents pour certains domaines tel que la musique, le calcul pur ou encore l'affichage ; le
processeur Cell conçu par IBM, Toshiba et Sony en ai un très bon exemple.
L'utilité de ce procédé est de ralentir la course au cycle horloge – qui est onéreux et complexe – tout en
augmentant la puissance de calcul, ce qui permet aussi de réduire la quantité de chaleur dissipé par l' effet
Joule. Toujours en 2005, AMD déploie sont nouveau processeur double-coeurs Optéron sur le marché des
serveurs, qui est basé sur une architecture x86.
La technologie HT pour Hyper-threading consiste a partir d'un processeur multi-coeurs définir 2
processeurs logiques. Cette technologie permet au système de reconnaître deux processeurs physiques et
de se comporter en système multitâches en envoyant deux threads (discussions) simultanément, comme
précédemment, il s'agit du système de SMT. Ce procédé permet d'utiliser au mieux les ressources du
processeur en permettant que les données lui sont envoyées en grande quantités.
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