La Machine Asincrone

1.Introduction

Au début des temps informatiques, les ordinateurs étaient composés de tubes à vide. Au fil des années, la technologie a évoluée et les transistors sont nés, apportant des milliers de nouvelles possibilités à l’industrie informatique. Le premier microprocesseur est né en 1971, il fut mit sur le marché par Intel. En presque trente ans, les microprocesseurs ont évolués de façon fulgurante. Du tout premier 4004 d’Intel au futur Pentium 4, la marche est grande.

Architecture d’un ordinateur simple actuel (à bus unique) :

2.Notions Generaux

Avant de débuter cette analyse des microprocesseurs, il importe d'en connaître quelques notions.

2.1.Microprocesseur :

C’est le centre nerveux de tout ordinateur, le cerveau. C’est lui qui contrôle chacune des composantes de l’ordinateur, qui effectue les opérations arithmétiques et qui exécute chacune des instructions qui composent un programme.

2.2.Vitesse d’un microprocesseur :

La vitesse d’un microprocesseur est généralement exprimée en Mégahertz. L’unité hertz est une unité de fréquence qui caractérise le nombre de cycles par seconde effectués par une horloge à quartz. Les microprocesseurs sont munis d’une horloge à quartz interne qui fournit une base de temps leur servant à cadencer les traitements. Ce cycle de base est le temps requis pour le microprocesseur pour effectuer une opération élémentaire. Un microprocesseur cadencé à 100 Mhz sera donc plus lent qu’un microprocesseur cadencé à 600 Mhz. Une autre unité de mesure, plus précise que les hertz, qui est utilisée pour mesurer la vitesse d’un microprocesseur est le MIPS. MIPS signifie Millions d’Instructions Par Seconde. Puisque certaines instructions peuvent prendre plusieurs cycles, cette valeur est souvent inférieure au nombre de Mhz.

2.3.Parallélisme :

Un autre terme qu’il importe de bien connaître est le parallélisme. Le parallélisme consiste en plusieurs parties d’un même programme qui fonctionnent simultanément sur un ou plusieurs microprocesseurs. Un des éléments importants pour qu’il y ait parallélisme est la communication d’information entre les processus. Si deux processus fonctionnent en même temps sur deux processeurs mais qu’ils n’ont pas à se communiquer d’information, alors on ne pourra pas affirmer qu’ils fonctionnent en parallèle.

Exemple :

Un programme doit fonctionner sur un système à deux processeurs. Dans un système non-parallèle il utiliserait un seul des deux processeur. Par contre, dans un système parallèle, le processus serait divisé en deux sous-programmes et chacun fonctionnerait sur un seul des deux processeur. Ce procédé permet entre autre de diminuer le temps d’exécution des logiciels et donc d’accélérer la vitesse des microprocesseurs.

2.4.Pipelining :

Finalement, un autre principe qu’il importe de connaître est la canalisation des instructions : le pipelining. Un processus peut être réduit en différent taches. Un ordinateur exécute souvent la même portion de code plusieurs fois. Le pipelining permet de combiner ces opérations afin d’en réduire le temps d’exécution.

Exemple :

Un professeur doit distribuer quinze piles de feuilles à une classe de trente élèves. Il commence par prendre la première feuille et en fait trente piles, puis il ajoute la deuxième feuille et ainsi de suite. La canalisation se ferait à l’aide des étudiants. Le professeur commence par donner la première pile de feuilles au premier étudiant qui la passe aux autres alors que le professeur lui apporte la deuxième. Le temps d’exécution en sera grandement amélioré.

3.Deux architectures :CISC et RISC

Les microprocesseurs peuvent être conçu selon deux types d’architecture. Il y a tout d’abord ceux qui utilisent une architecture CISC et ensuite ceux qui utilisent une architecture RISC.

- CISC signifie « Complex Instruction Set Computer ». Il n’existe pas vraiment de design particulier pour le définir. En général, les processeurs CISC utilisent des instructions complexes de longueurs variables. Le désavantage d’un tel système est que les instructions étant plus complexes, elles prennent donc plus de temps à s’exécuter, elles requièrent même quelquefois plus d’un cycle d’horloge. Dans une architecture CISC, le processeur exécute une seule opération à la fois, et il n’a qu’un seul bus le reliant à la mémoire.

- RISC signifie « Reduced Instruction Set Computer ». Ceci signifie que chaque instruction utilisées par le processeur sera de longueur courte et fixe et qui s’exécute en un seul cycle d’horloge. Les opérations ne s’effectuent que sur les registres, les informations y étant déplacées pour permettre d’accélérer les calculs. En fait, RISC signifie plus une nouvelle philosophie que des critères fixes. Contrairement aux microprocesseurs CISC, les processeurs RISC peuvent faire plusieurs opérations en même temps. Pour cela, ils utilisent leur capacité de canaliser des instructions hétéroclites et d’accomplir en parallèle des instructions multiples.

De nombreuses compagnies de microprocesseurs, dont SPARC, IBM et MIPS, ont conclu qu’une architecture RISC serait plus performante qu’une architecture CISC. Ils ont fait le choix de développer une architecture RISC parce qu’elle coûte moins cher et est plus rapide. De plus, il est beaucoup plus facile de développer une architecture parallèle avec un processeur RISC qu’un processeur CISC.