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ISAT - 1IG 2008-2009 Résumé structure Janvier 2009 Imbrechts Kevin 2 1.2 Le pro

ISAT - 1IG 2008-2009 Résumé structure Janvier 2009 Imbrechts Kevin 2 1.2 Le processeur 1.2.0 Rappel Architecture multitâches Le mode multitâche consiste en l'utilisation d'un seul processeur ou d'un ensemble de processeurs, pour exécuter plusieurs tâches en même temps. Le mode multitâche permet aux processeurs d'utiliser leur vitesse maximale quand ils traitent plusieurs opérations. Trois types différents de mode multitâche sont couramment utilisés : Le changement de contexte est le mode multitâche le plus simple. En mode changement de contexte, plusieurs applications sont chargées et fonctionnent, mais le temps de traitement est donné à une seule application uniquement, dite "de premier plan". L'utilisateur peut basculer sur l'autre application (d'arrière plan) pour lui permettre d'avoir du temps de traitement, mais les deux applications ne peuvent pas fonctionner en même temps. Même avec cette limitation, le mode changement de contexte améliore de manière importante le temps de traitement d'applications multiples. Le mode coopératif Une amélioration par rapport au mode changement de contexte est qu'il permet d'attribuer le temps d'attente de l'application de premier plan à l'application d'arrière plan. L'application de premier plan a généralement assez de temps morts pour que le mode multitâche coopératif soit plus efficace que le simple changement de contexte. Le mode multitâche en temps partagé Utilisé par Win95/98/2K/NT/Me/XP, le temps du processeur est partagé entre les nombreuses tâches des utilisateurs multiples. La division du temps peut être basée sur un ordre séquentiel, dans l'ordre dans lequel les tâches ont été envoyées au processeur ou peut être déterminé par un niveau de priorité attribué. Le traitement parallèle est une méthode de traitement des tâches consistant à les fragmenter, chaque fragment étant pris en charge par un processeur différent. Pour pouvoir traiter une tâche en parallèle, un ordinateur doit donc avoir plusieurs processeurs pouvant travailler simultanément. Il est différent du mode multitâche, car le traitement parallèle peut traiter différents aspects d'une même tâche simultanément, tandis que le mode multitâche traite diverses tâches généralement en ordre séquentiel. La voie unique entre un processeur et la mémoire dans une machine à traitement simple est limitée en vitesse, parce que toutes les données doivent transiter par cette voie. Cependant, même les configurations parallèles ont leur limite et, au-delà d'un certain point, il ne suffit plus, pour accroître la vitesse, d'ajouter des processeurs à un système. Le logiciel doit donc être conçu pour utiliser plus efficacement l'architecture parallèle. Le disque virtuel Un disque virtuel n'est pas une interface mécanique physique comme les autres unités de stockage et de manipulation de données. Il s'agit d'un mécanisme virtuel créé par un logiciel qui utilise une zone de mémoire vive comme emplacement pour le stockage des données. Le disque virtuel obtenu simule un disque dur très rapide. La taille de la mémoire affectée à ce disque virtuel peut être modifiée en fonction des besoins de l'utilisateur mais il convient de ne pas utiliser tout le volume de la mémoire vive nécessaire pour l'exploitation générale du système. Le disque virtuel convient bien pour la lecture et la manipulation rapide de petits volumes de données. Sa rapidité s'explique par le fait que les données ainsi stockées ne transitent pas par des gestionnaires de périphériques ou des unités de disque matérielles. Leur transfert par le bus de données est ainsi plus court et plus rapide. Si le disque virtuel ne possède pas sa propre batterie de secours, son contenu doit être sauvegardé sur une autre forme d'unité avant d'éteindre le système. Autrement, les données seront perdues. 3 La mémoire virtuelle La mémoire virtuelle est présente physiquement sur la machine sous la forme d'espace du disque dur réservé par le système pour y créer une sorte d'allonge de la mémoire vive. Cette part de la mémoire vive n'est évidemment pas aussi rapide que la ram classique, mais cet artifice permet de pallier à un manque de ram. Les pipelines Le principe de pipeline consiste à intégrer plusieurs blocs fonctionnels au sein du processeur. Chacun de ces blocs est chargé de remplir une fonction spécifique dans le processus de traitement. On peut comparer un pipeline à une chaîne de montage. Chaque poste remplit une fonction spécifique, pour aboutir à un produit fini à la sortie de la chaîne. Ainsi, un pipeline intègre un module spécialisé dans le chargement d'une instruction, le suivant de son décodage, et ainsi de suite. Chaque module prend un temps x en nanosecondes pour exécuter son travail. Le temps de traitement global correspond au temps x multiplié par le nombre de modules. L'avantage évident de ce procédé est qu'il permet de traiter plusieurs instructions simultanément, une par module. Dès qu'une instruction est sortie d’un bloc, une autre y pénètre. Par exemple, un processeur qui dispose d’un pipeline à 5 étages est capable de traiter 5 instructions simultanément. Dans l’exemple ci-dessous, un étage traite le rangement d’une instruction, un autre étage traite l’exécution d’une autre instruction, un autre encore, l’adressage d’une troisième instruction, … 4 A chaque cycle d’horloge, le processeur fait avancer les instructions en cours d’une action élémentaire, termine une instruction et en commence une nouvelle. La principale difficulté consiste à remplir ce pipeline de manière optimale. En effet, une boucle ou une instruction de saut peut ralentir, voire rendre inopérant le pipeline. L'unité de contrôle du processeur est chargée d'organiser les instructions de manière à éviter ce genre de problème. Par contre, elle ne peut améliorer un mauvais programme. Sa faculté de "deviner" les instructions suivantes n'est valable qu'à court terme. Les processeurs de la famille Pentium xx sont dotés de un ou plusieurs pipelines. Par exemple, le Pentium propose deux pipelines, le u-pipe et le v-pipe. Le premier à accès à l'unité à virgule flottante (le coprocesseur), le second ne peut traiter que des nombres entiers. Ainsi, les instructions vont être dirigées en fonction de leur type sur le bon pipeline (prédiction de branchement et analyse de flux). Il convient de noter que les deux n'auront pas en permanence une même charge. Suivant les instructions, l'un des deux risque d'être nettement plus sollicité que le second. 5 1.2.5 Les valeurs utilisées Kilo, méga, giga sont des préfixes que l'on met devant une unité de mesure pour dire mille, million, milliard. Exemple 1 kilo watt, 1 méga hertz, 1 giga octet. Le bit Le langage binaire est composé de 0 et 1. On les appelle des bits (Binary Digits). C'est la plus petite information manipulable par un processeur, sous la forme de 0 ou de 1. De la même manière que les chiffres 0,1,.... 8,9 sont les unités de notre système décimal, les chiffres 0,1 sont les unités du système binaire. Signification des valeurs de 7 - 16, 32 ou 64 bits On peut s'imaginer qu'un bit est transmis au processeur par un fil électrique. S'il est cadencé à 400 Mhz, il pourra recevoir 400 millions de bits d'informations par seconde. Si on connecte 16 fils au processeur. Il pourra donc recevoir 16 bits à chaque battement. Comme les commandes et les données sont codées par des bits (0,1), plus il y aura de fils, plus il pourra traiter de commandes et de données en un seul battement. C'est pourquoi un processeur 64 bits permet d'avoir de meilleures performances qu'un 32 bits. Pourquoi c'est si important Quand on parle du processeur d'un ordinateur, on pense au processeur central, mais en réalité, il en existe de nombreux autres dans un ordinateur. Ils gèrent la carte son, la carte graphique ou encore le réseau. Ils sont dit spécialisés. En fait, ils sont tellement spécialisés, qu'ils ne peuvent pas communiquer entre eux. C'est là qu'intervient le processeur central. Il est capable de recevoir des informations de n'importe quel élément de l'ordinateur, de les traduire et de les renvoyer vers un autre. Le voltage Jusqu'au 486DX2, les processeurs ont fonctionné à 5V. Mais pour les 486DX4 et les Pentiums dès 75Mhz, cette valeur est descendue jusqu'à 1,8V. Ce choix a été motivé par deux raisons, diminuer le dégagement de chaleur lié à des fréquences élevées et l'économie d'énergie. Le problème principal posé par la réduction de tension est l'augmentation de la sensibilité aux parasites. Certains constructeurs dotent leurs processeurs d'une double tension. Celle du coeur du CPU, consommant environ 90% de l'énergie, est abaissée au maximum, alors que celle des ports I/O, plus sensible aux perturbations, est maintenue légèrement plus élevée. La fréquence La fréquence est l'élément déterminant de la vitesse de ce composant. Celle-ci est exprimée en Mégahertz (Mhz), soit en million de cycles à la seconde, ou Gigahertz (GHz), milliards de cycles par seconde. Il faut savoir qu'une opération unique effectuée par l'utilisateur peut correspondre à de nombreux cycles pour le processeur. Mais, plus la fréquence sera élevée, plus le processeur réagira vite. C'est pour cette raison que des processeurs 486DX4 100Mhz dépassaient des Pentium 60Mhz à configuration identique. Le coprocesseur (ou FPU) Jusqu'au 386, toutes les instructions étaient prises en charge par le processeur. On trouvait alors un coprocesseur externe. D'apparence semblable au processeur, son rôle était de prendre en charge toutes les instructions à virgule flottante uploads/Management/ resume-structure.pdf