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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 émérite 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 permet de préciser la place et le rôle de chacun des articles particuliers de la rubrique « Matériel » de ce traité. Le second est de montrer l'articulation entre la technologie des semi-conducteurs, les concepts architecturaux et les besoins des grandes classes d'applications qui utilisent ces ordinateurs, qu'ils soient visibles (PC et serveurs) ou non (systèmes embarqués et systèmes mobiles). Alors que l'augmentation des fréquences d'horloge liée aux générations successives de technologies CMOS a été le facteur clé de l'augmentation des performances jusqu'au début des années 2000, le « mur de la chaleur » interdisant 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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VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2001 par Daniel ETIEMBLE
- Version archivée 2 de févr. 2009 par Daniel ETIEMBLE
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Organisation et structure de l'ordinateurArticle inclus dans l'offre
"Technologies logicielles Architectures des systèmes"
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1. Moteurs de l'évolution
L'évolution des ordinateurs, de la machine Eniac considérée comme le premier ordinateur (1946) aux ordinateurs du milieu des années 2010, découle essentiellement de trois facteurs :
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l'évolution technologique des composants de l'ordinateur (processeurs, mémoire, dispositifs d'entrée-sortie) avec deux grandes périodes, avant et après la naissance et l'utilisation des circuits intégrés ;
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les besoins des applications, de l'informatique des centres de calcul à l'informatique individuelle avec l'ordinateur personnel et l'informatique « invisible » des systèmes embarqués et des systèmes mobiles ;
-
les contraintes économiques qui conduisent à des caractéristiques différentes selon que l'on vise l'ordinateur « grand public », le superordinateur réservé aux « gros utilisateurs » (météorologie, industrie nucléaire, industrie automobile, etc.), le « système embarqué » dans une automobile, les composants mobiles comme smartphones et tablettes ou les capteurs intelligents de l'Internet des Objets (IoT pour Internet of Things ).
1.1 Évolution technologique
La machine ENIAC mesurait 30 m de long, 2,8 m de haut et plusieurs mètres de large. Elle avait 20 registres de 10 chiffres, chaque registre étant long de 60 cm. Le composant de base était le tube à vide, et elle en contenait 18 000 ! La programmation était manuelle, par enfichage de câbles et positionnement d'interrupteurs. L'addition de 10 bits prenait 200 microsecondes. C'est Von Neuman, intégré en 1944 au projet ENIAC, qui formalisa les concepts présents dans ce premier ordinateur, et connu maintenant sous le nom d'ordinateur de Von Neuman, concepts qui sont toujours d'actualité 70 ans plus tard. Dès le début des années 1950, les premiers ordinateurs commerciaux apparaissaient, avec l'UNIVAC I (48 systèmes construits) et le premier ordinateur d'une compagnie spécialiste des machines comptables et des cartes perforées et qui est ensuite devenue célèbre : l'IBM 701 (19 exemplaires vendus).
L'histoire des ordinateurs commençait. Pendant toute une période, on a pu assez facilement mettre en évidence des générations successives d'ordinateurs. Le tableau 1, extrait de ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HENNESSY (J.L.), PATERSON (D.) - Architecture des ordinateurs, une approche quantitative (3e édition). - Vuibert Informatique (2003).
-
(2) - GARGINI (P.) - The roadmap to success : 2013 ITRS Update. - http://www.ewh.ieee.org/r6/scv/eds/slides/2014-Mar-11-Paolo.pdf
-
(3) - JALIER (C.) - Communication et contrôle dans les architectures homogènes de circuits pour télécommunications. - Montpellier : Université de Montpellier 2 : thèse de doctorat, génie électrique, électronique, photonique et systèmes, sous la direction de TORRES Lionel (2010).
-
(4) - HILL (J.) - Memory wall. - Dell High Performance Wiki http://en.community.dell.com/techcenter/high-performance-computing/w/wiki/2284
-
(5) - * - TOP 500 http://www.top500.org/
-
(6) - ESMAEILZADEH...
ANNEXES
Opérateurs séquentiels
ETIEMBLE (D.) - Réalisation des opérateurs logiques. - [E 182](2013).
FREY (C.) - Mémoires à semi-conducteurs. - [E 2 490] (2006).
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