Processeurs

Description d'un processeur

Un processeur dispose de plusieurs parties essentielsqui sont:

• L'unité Arithmétique et logique, qui prend en charge les calculs arithmétiques élémentaires et les tests.
• L'unité de contrôle, qui met en relation les différents éléments du processeur. Il initialise les programmes lors du démarrage de la machine et il gère les interruptions.
• Les registres, qui sont des mémoires de petite taille, qui sont assez rapide pour que l'UAL puisse manipuler leur contenu à chaque cycle de l'horloge.
• L'horloge, qui synchronise toutes les actions de l'unité centrale.
• L'unité d'entrée-sortie, qui prend en charge la communication avec la mémoire de l'ordinateur ou la transmission des ordre destinés à piloter ses processeurs spécialisés, permettant au processeur d'accéder aux périphérique de l'ordinateur.

Un processeur est défini par:

1. La largeur de ses registres internes de manipulation de données bits;
2. La cadence de son horloge exprimée en MHz ou GHz;
3. Le nombre de noyaux de calcul(core);
4. Son jeu de d'instructions dépendant de la famille;

Sa finesse de gravure exprimée en nm(nanomètres) et sa microarchitecture.

Histoire du processeur

Avant l'arrivée des machines qui ressemblent aux unités centrales de traitement d'aujourd'hui, les ordinateurs tels que l'ENIAC devaient être physiquement recâblés avant d'exécuter chaque programme, c'est pour cette raison qu'on les a appelés « ordinateurs à un programme ». Puisque le terme « unité centrale de traitement » est généralement défini comme dispositif d'exécution de logiciel (programme machine), les premiers dispositifs que l'on pourrait appeler processeur sont arrivés avec les ordinateurs à programme enregistré. L'idée d'un ordinateur à programme enregistré était déjà présente pendant la conception d'ENIAC, mais avait été volontairement écartée pour que la machine soit terminée plus tôt.

Le 30 juin 1945, avant qu'ENIAC ait été achevé, le mathématicien John Von Neumann a diffusé le document intitulé « première ébauche d'un rapport sur l'EDVAC. » Il a décrit la conception d'un ordinateur à programme enregistré qui sera par la suite complété en août 1949 réf 1. EDVAC a été conçu pour exécuter un certain nombre d'instructions (ou opérations) de divers types. Ces instructions pouvaient être combinées pour créer des programmes utiles au fonctionnement de l'EDVAC. De manière significative, les programmes écrits pour EDVAC ont été stockés dans de la mémoire d'ordinateur à grande vitesse plutôt que définis par le câblage physique de l'ordinateur. Ceci a surmonté une limitation importante d'ENIAC, qui était la grande quantité de temps et d'effort nécessaires pour modifier l'ordinateur en vue d'exécuter un nouveau programme. Avec la conception de Von Neumann, le programme, ou le logiciel, qu'EDVAC exécutait pouvait être changé par simple modification du contenu de la mémoire d'ordinateur 1 .

Tandis que Von Neumann le plus souvent est crédité de la conception de l'ordinateur à programme enregistré en raison de sa conception d'EDVAC, d'autres avant lui tel que Konrad Zuse avaient suggéré des idées semblables. De plus, l'architecture de Harvard (Harvard Mark I), qui a été réalisée avant EDVAC, a également utilisé une conception à programme enregistré en utilisant le ruban perforé plutôt que la mémoire électronique. La différence principale entre les architectures Von Neumann et Harvard est que la dernière sépare le stockage et le traitement des instructions et des données d'unité centrale de traitement, tandis que l'autre utilise le même espace mémoire pour les deux. La plupart des unités centrales de traitement modernes sont principalement Von Neumann dans la conception, mais des éléments de l'architecture de Harvard y sont généralement ajoutés.

Comme tous les dispositifs numériques, les processeurs traitent des états discrets et requièrent donc des éléments de commutation pour différencier et changer ces états. Avant l'acceptation commerciale du transistor, les relais électromécaniques et les tubes électroniques étaient utilisés généralement comme éléments de commutation. Bien que ceux-ci présentent des avantages certains de vitesse sur les précédents, de conception purement mécanique, ils étaient peu fiables pour différentes raisons. Par exemple, réaliser des circuits de logique séquentielle à courant continu avec des relais impose du matériel additionnel pour régler le problème du rebond de contact. Tandis que les tubes à vide ne souffrent pas du rebond de contact, ils doivent être préchauffés avant de devenir complètement opérationnels et par la suite peuvent cesser de fonctionner brutalement. Régulièrement, quand un tube tombe en panne il faut procéder à un diagnostic de l'unité centrale de traitement en localisant et en remplaçant l'élément défaillant.

Par conséquent, les ordinateurs électroniques plus récents (utilisant des tubes à vide) étaient généralement plus rapides mais moins fiables que les anciens (utilisant des relais) ordinateurs électromécaniques. Les ordinateurs à tubes comme EDVAC fonctionnaient en moyenne huit heures entre les pannes, tandis que les ordinateurs à relais (plus lents mais arrivés plus tôt) d'architecture Harvard ne tombaient en panne que très rarement (Weik 1961:238). En fin de compte, les unités centrales de traitement à tubes ont supplanté les autres parce que leurs avantages significatifs de vitesse ont été prépondérants par rapport aux problèmes de fiabilité. La plupart de ces premières unités centrales de traitement synchrones ont fonctionné à de basses fréquences de base comparées aux conceptions microélectroniques modernes. Les fréquences de signal d'horloge s'étendant de 100 kilohertz à 4 mégahertz étaient très communes à l'époque, limitées en grande partie par la vitesse des dispositifs de commutation qu'elles utilisaient.

Evolution future

Intel a dans ses cartons un projet nommé Keifer. Ce projet représente une nouvelle architecture clairement orientée vers le parallélisme du traitement des données. Si le dual-core tel qu’il est conçu aujourd’hui représente une adaptation de l’architecture traditionnelle, il est clair qu’il ne représente qu’une première étape vers une gamme de nouveaux processeurs qui n’auront plus grand-chose à voir avec ceux que nous connaissons aujourd’hui.

Le projet Gulftown représente un parfait exemple de ce qu’Intel prépare pour l’horizon 2010. Ce processeur serait composé de huit nœuds, chaque nœud représentant quatre cœurs d’exécution possédant chacun 512ko de mémoire cache de niveau 2 et un cache unifié de niveau 3 de 3Mo. Les huit nœuds seraient interconnectés par une architecture en anneau, ouvrant à Intel les portes du traitement parallèle massif.

Ce genre d’architecture n’est pas neuf et il faut y voir une intention de combats certaines sociétés qui possèdent déjà ce type de processeurs, notamment Sun et son Niagara. Bien entendu, on parle ici d’architecture x86, mais Intel parlerait en interne d’un processeur d’une puissance quinze fois supérieure à celle des derniers Xeon de type Woodcrest (série 5100) à une fréquence de 2GHz. Toutefois, la chose n’est pas très claire, car Intel n’a pour l’instant pas confirmé ces informations, et il pourrait tout aussi bien s’agir d’architecture IA-64.

En 2010, Intel devrait normalement utiliser une finesse de gravure de 32nm, ce qui ne sera pas de trop pour mener à bien un tel projet.

Les modèles de processeurs

Les différents modèles de processeurs sont:

Intel Core2 X7800Intel Core 2 X7800 - Intel Core 2 Duo et Solo : c’est un changement majeur dans le monde de l’informatique sur ordinateur portable. Intel a d’ailleurs procédé à un changement de logo, de slogan (« leap ahead » remplace « intel inside ») et d’appellation puisque les Pentium ont laissé place aux Core. La vraie révolution a été introduite par le Core Duo qui met à disposition la puissance et le confort de la technologie double cœur sur plate-forme mobile. Aujourd’hui, c’est surtout le Core 2 Duo qui est d’actualité et sa dernière évolution destinée à la plate-forme Santa Rosa munie d’un bus système à 800 MHz.

La révolution ne concerne pas que les PC, Intel et ses processeurs Core 2 Duo équipent désormais les machines portables d’Apple : les MacBook et MacBook Pro. Quant au Core Solo, il s’agit d’un processeur Core Duo amputé d’un cœur d’exécution. Il est donc très proche, en termes de prestation, des Pentium M.

Attention, Intel ne fait pas de distinctions entre les processeurs Core Duo et leurs héritiers, les Core 2 Duo lorsqu’il s’agit d’apposer le label Centrino Duo. Ce dernier désigne donc aussi bien des ordinateurs ayant un Core Duo que ceux ayant un Core 2 Duo. Vérifiez donc que la machine que vous choisissez est équipée d’un Core 2 Duo.

- Intel Pentium M « Sonoma » : il s’agit d’une évolution du Pentium M « Dothan » avec au menu des changements, à savoir un bus système qui passe de 400 MHz à 533 MHz mais aussi, malheureusement, une légère augmentation de consommation. Il représente, comme tous les Pentium M, une pièce maîtresse du label Centrino mais il laisse peu à peu la place aux processeurs Core Duo et Core 2 Duo. - Intel Celeron M : il s’agit d’un processeur réservé aux PC portables à petit prix. C’est une version allégée du Pentium M sensiblement moins puissante et moins autonome. Il reste cependant un bon processeur dans le monde de l’ordinateur portable.

amd k8Processeur AMD K8

- AMD Turion X2 : c’est la réponse d’AMD à Intel et ses Core 2 Duo. Puissants, ils restent tout même en retrait par rapport à leurs concurrents directs mais conviennent à un usage moyen et sédentaire.

- AMD Turion : ils sont aussi performants que le Pentium M mais moins que les processeurs double cœur. Même s’ils sont nettement plus sobres que leurs aînés, l’autonomie qu’ils permettent d’atteindre n’est pas encore au niveau du Pentium M.

- AMD Athlon 64 Mobile : il s’agit de processeurs 64 bits d’AMD issus de la version destinée aux ordinateurs de bureau. Très performants, ils consomment moins d’énergie que leurs aînés, mais sans atteindre le niveau des Pentium M ni même celui des processeurs Core Duo.

- IBM Power PC G4 : ce sont les processeurs intégrés aux ordinateurs portables d’Apple d’avant l’ère Mac-Intel. De bonne qualité, ils permettent une très bonne autonomie et offrent une puissance respectable. Attention toutefois car ils constituent aujourd’hui l’arrière-garde des solutions mobiles.