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RÉSUMÉ
Cet article présente l’évolution de l’architecture des ordinateurs, précisant ainsi la place et le rôle des articles de la rubrique «Matériel» de ce traité. Il décrit l’articulation entre la technologie des semi-conducteurs, les concepts architecturaux et les besoins des grandes classes d’applications utilisant ces ordinateurs, qu’ils soient visibles (PC et serveurs) ou non (systèmes embarqués et systèmes mobiles). L’augmentation des fréquences d’horloge liée aux générations successives de technologies CMOS a été déterminante pour les performances jusqu'au début des années 2000, mais le «mur de la chaleur», qui interdit des fréquences supérieures à 4 GHz, a provoqué un tournant vers les architectures parallèles (multi-cœurs, GPU, accélérateurs matériels) pour pouvoir continuer à augmenter les performances.
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Daniel ETIEMBLE : Ingénieur de l’INSA de Lyon - Professeur à l’Université Paris-Sud
INTRODUCTION
Cet article a deux objectifs principaux. Le premier est de donner une perspective d’ensemble de l’évolution de l’architecture des ordinateurs. Cette présentation générale permet de préciser la place et le rôle de chacun des articles particuliers de la rubrique Matériel de ce traité. Le second objectif est de montrer l’influence respective de la technologie matérielle utilisée pour la réalisation des différents composants d’une part et des progrès architecturaux, d’autre part, sur les performances des ordinateurs. Nous montrons notamment les conséquences de l’évolution exponentielle des performances des circuits intégrés CMOS et l’évolution prévisible de ces performances et des architectures dans le futur.
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VERSIONS
- Version archivée 2 de févr. 2009 par Daniel ETIEMBLE
- Version courante de févr. 2016 par Daniel ETIEMBLE
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Exploitation du parallélisme d’instructionsArticle inclus dans l'offre
"Technologies logicielles Architectures des systèmes"
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3. Technologie et performances
3.1 Performances des processeurs
La mesure des performances des processeurs n’est pas simple. Elle pose deux problèmes : avec quelle unité de mesure et sur quoi mesurer la performance. Il est généralement admis que la seule manière correcte d’apprécier les performances est la mesure du temps d’exécution sur des programmes réels pour des entrées déterminées. Les programmes spécifiques d’évaluation de performance ou benchmark et les unités de mesure comme le MIPS (million d’instructions par seconde) ou le MégaFLOP (million d’instructions flottantes par seconde) ne peuvent que donner des ordres de grandeur de la performance réelle. Souvent, ces unités servent à donner les performances maximales ou crêtes, que la machine ne peut dépasser. Même si on utilise le temps comme unité de mesure, il faut encore distinguer le temps passé par le processeur pour l’exécution du programme de l’utilisateur et le temps écoulé entre l’ordre de début d’exécution d’un programme et l’obtention des résultats, qui comprend en plus le temps utilisé par le système d’exploitation pour ses différentes tâches dont les E/S.
Les benchmarks ont des objectifs variés. Certains, comme la suite des programmes SPEC, sont utilisés par les constructeurs pour évaluer la puissance de calcul brute des processeurs, sur du calcul entier (SPECint) ou flottant (SPECfp). Les mesures exprimées en SPEC n’ont de valeur que si les conditions d’expérimentation (fréquence d’horloge, hiérarchie mémoire utilisée, etc.) sont précisées. D’autres types de benchmarks sont plus orientés vers des applications utilisateurs. C’est le cas par exemple des programmes d’évaluation comme TPC-C qui mesurent le nombre de transactions par seconde (TPS) caractéristique d’une large classe d’application (banques, systèmes de réservation, etc.). Dans ce cas, c’est l’ensemble des performances, incluant notamment le débit d’accès aux disques et le système d’exploitation, qui est évalué sur une classe d’applications caractéristiques.
Pour pouvoir évaluer l’apport des différentes composantes sur la performance globale d’un système informatique, il est important d’examiner d’abord la performance du cœur du système : le processeur. Ses performances sur l’exécution d’un programme utilisateur sont exprimées par l’équation...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HENNESSY (J.-L.), PATTERSON (D.) - Architecture des ordinateurs, une approche quantitative. - International Thomson Publishing, édition française par D. Etiemble 1996.
-
(2) - CHEVANCE (R.-J.) - Serveurs multiprocesseurs, clusters et architectures parallèles. - Eyrolles 2000.
-
(3) - ETIEMBLE (D.) - Structure interne des ordinateurs. - H 705, 06-1993.
-
(4) - ETIEMBLE (D.) - Architecture des ordinateurs. Mémoires et entrées-sorties. - H 707, 09-1995.
-
(5) - ETIEMBLE (D.) - Composants logiques et opérateurs matériels. Fondements. - H 685, 09-1994.
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(6) - ETIEMBLE (D.) - Mémoires à semi-conducteurs. Composants et organisation. - H 1 218, 08-1998.
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