Microprocesseur

1. Définition :
Un processeur, appelé (UCT), l’ unité centrale de traitement est une grosse puce carrée connectée à la carte mère,Il permet de manipuler des informations numériques, c'est-à-dire des informations codées sous forme binaire, Il est composé d’une tranche de silicium, mesuré environ 0,5 cm de côté et 0,05 cm d’épaisseur. Sur cette puce sont gravés des millions de transistors, qui permettent d’assurer la gestion et le traitement de l’information, constitué d'un ou plusieurs circuits LSI ou VLSI qui réalisent des fonctions de traitement Il s’appel aussi le Cerveau du système informatique, il est le principal responsable qui reçoit les données, et dirige les sorties vers les bons périphériques. Il a pour fonction de traiter et de contrôler l'information qui circule à l'intérieur de l'ordinateur. La vitesse à laquelle le microprocesseur traite l'information est indiquée en Mégahertz (Mhz) ou Gigahertz (Ghz) pour les processeurs récents. Par exemple, un ordinateur muni d'un processeur de 1Ghz est beaucoup plus lent, c'est-à-dire qu'il traitera beaucoup moins rapidement l'information qu'un ordinateur muni d'un processeur de 3Ghz. Avant de se procurer un ordinateur. Deux compagnies se disputent actuellement le marché des processeurs pour les environnements Windows et Linux : AMD (Advanced Micro Devices Inc.)et INTEL.Vous pouvez donc acheter un ordinateur avec un processeur AMD ou INTEL. Ces processeurs se ressemblent et offrent souvent les mêmes performances, mais il peut leur arriver d'être très différents, et ce, même à l'intérieur de la même entreprise.
2. Histoire de l'ordinateur :
L'histoire de l'ordinateur nous provient du fait que l'homme, par nature paresseux, a toujours cherché à améliorer sa façon de calculer, afin de limiter ses erreurs et pour économiser de son temps.
A l'origine : le boulier
Le boulier, appelé aussi « abaque », a été inventé en l'an 700 ; il fut longtemps utilisé et l'est encore aujourd'hui dans certains pays.
Puis vint le logarithme
On attribue généralement l'invention du logarithme à l'écossais John NEPER (1550-1617, parfois orthographié NAPIER). En effet en 1614 celui-ci démontra que la multiplication et la division pouvaient se ramener à une série d'additions. Ceci permit dès 1620 l'utilisation de la règle à calcul.
Pour autant le vrai père de la théorie des logarithmes est « Mohamed Ybn Moussa Al-KHAWAREZMI », un savant arabe issu de la ville persane appelée « Khawarezm ». Ce savant développa par ailleurs l'Algèbre, terme provenant de l'arabe « Al-Jabr », qui signifie compensation, sous-entendu « la compensation par la recherche de la variable inconnue X afin d'équilibrer les résultats des calculs ».
Les premières machines à calculer
En 1623, William Schickard inventa la première machine à calculer mécanique.
En 1642, Blaise Pascal créa la machine d'arithmétique (baptisée Pascaline), une machine capable d'effectuer des additions et soustractions, destinée à aider son père, un percepteur de taxes.
En 1673, Gottfried Wilhelm Von Leibniz ajouta à la Pascaline la multiplication et la division.
En 1834, Charles Babbage invente la machine à différence, qui permet d'évaluer des fonctions.
Cependant il apprend qu'une machine à tisser (métier à tisser Jacquard) est programmée à l'aide de cartes perforées, il se lance donc dans la construction d'une machine à calculer exploitant cette idée révolutionnaire.
C'est en 1820 qu'apparaissent les premiers calculateurs mécaniques à quatre fonctions :
 Addition
 Soustraction
 Multiplication
 Division
Ceux-ci sont rapidement (1885) agrémentés de clavier pour saisir les données. Des moteurs électriques viennent rapidement supplanter les manivelles.

2.1 Les Ordinateurs Programmables :
En 1938, Konrad Zuse invente un ordinateur qui fonctionne grâce à des relais électromécaniques : le Z3. Cet ordinateur est le premier à utiliser le binaire au lieu du décimal.
En 1937, Howard Aiken met au point un ordinateur programmable mesurant 17 m de long et 2.5 mètres de hauteur, permettant de calculer 5 fois plus vite que l'homme: C'est le Mark I d'IBM.
Il est alors constitué de 3300 engrenages, 1400 commutateurs reliés par 800 km de fil électrique.
En 1947, le Mark II voit le jour, ses engrenages sont remplacés par des composants électroniques.
2.2 Les Ordinateurs à Lampes :
En 1942, l'ABC (Atanasoff Berry Computer) du nom de ses concepteurs J.V. Atanasoff et C.Berry voit le jour.
En 1943, le premier ordinateur ne comportant plus de pièces mécaniques est créé grâce à J.Mauchly et J.Presper Eckert : l'ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer). Il est composé de 18000 lampes à vide, et occupe une place de 1500 m2. Il fut utilisé
Pour des calculs ayant servi à mettre au point la bombe H.
Son principal inconvénient était sa programmation :
l'ENIAC était en effet uniquement programmable manuellement avec des commutateurs ou des câbles à enficher.



La première erreur informatique est due à un insecte qui, attiré par la chaleur, était venu se loger dans les lampes et avait créé un court-circuit. Ainsi le terme anglais pour « insecte » étant « bug », le nom est resté pour désigner une erreur informatique. Le terme bug a été francisé par la suite en bogue, terme désignant également le nom de l'enveloppe épineuse et piquante de la châtaigne.
En effet, les tubes étant de médiocres conducteurs, ils nécessitaient une grande quantité d'énergie électrique qu'ils dissipaient en chaleur. Cette lacune est palliée en 1946 avec la mise au point de l'EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) permettant de stocker les programmes en mémoire (1024 mots en mémoire centrale et 20000 mots en mémoire magnétique).
2.3 Le Transistor :
En 1948, le Transistor est créé par la firme Bell Labs (grâce aux ingénieurs John Bardeen, Walter Brattain et William Shockley). Il permet dans les années 50 de rendre les ordinateurs moins encombrants, moins gourmands en énergie électrique donc moins coûteux : c'est la révolution dans l'histoire de l'ordinateur !
2.4 Le Circuit Intégré :
Le circuit intégré est mis au point en 1958 par Texas Instruments, il permet de réduire encore la taille et le coût des ordinateurs en intégrant sur un même circuit électronique plusieurs transistors sans utiliser de fil électrique.

2.5 Les Premiers Ordinateurs à Base de Transistors :
En 1960, l'IBM 7000 est le premier ordinateur à base de transistor.
En 1964, l'IBM 360 fait son apparition, avec également l'arrivée remarquée du DEC PDP-8.
2.6 . Les micro-ordinateurs :
C'est en 1971 qu'apparaît le premier micro-ordinateur :
le Kenback 1, avec une mémoire de 256 octets
.
2.7. Les Microprocesseurs :
En 1971, le premier microprocesseur, l'Intel 4004, fait son apparition. Il permet d'effectuer des opérations sur 4 bits simultanément.
A la même époque Hewlett Packard commercialise la calculatrice HP-35.
Le processeur 8008 d'Intel (permettant de traiter 8 bits simultanément) apparaît en 1972.
En 1973, le processeur 8080 d'Intel garnit les premiers micro-ordinateurs : le Micral et le Altair 8800, avec 256 octets de mémoire. A la fin de l'année 1973, Intel commercialisait déjà des processeurs 10 fois plus rapides que le précédent (le Intel 8080) et comportant 64 ko de mémoire.
En 1976, Steve Wozniak et Steve Jobs créent le Apple I dans un garage. Cet ordinateur possède un clavier, un microprocesseur à 1 MHz, 4 ko de RAM et 1 ko de mémoire vidéo.
La petite histoire dit que les 2 compères ne savaient pas comment nommer l'ordinateur ; Steve Jobs voyant un pommier dans le jardin décida d'appeler l'ordinateur pomme (en anglais apple) s'il ne trouvait pas de nom pour celui-ci dans les 5 minutes suivantes...
En 1981 IBM commercialise le premier « PC » composé d'un processeur 8088 cadencé à 4.77 MHz.

2.8 Les Ordinateurs D'aujourd'hui :
Il est très difficile de nos jours de suivre l'évolution de l'ordinateur. En effet cette évolution suit la loi de Moore « on peut placer 4 fois plus de transistor sur une puce tous les 3 ans ».
On devrait ainsi arriver à 1 milliard de transistors sur une puce aux alentours de 2010.
3. Fonction du Microprocesseur
Le microprocesseur:
 Organise l'enchaînement des tâches précisées dans la mémoire programme:
par une exploitation séquentielle des instructions situées aux adresses successives de la mémoire
 avec, éventuellement, des ruptures de séquence en fonction des sauts programmés.
 Rythme et synchronise l'exécution de ces tâches.
 analyse le contenu du programme, sélectionne, gère et commande les circuits nécessaires à l'exécution de chaque tâche.
 Prend en compte les informations extérieures au système.




1. Introduction :
Les processeurs ont été analysés par type (famille, fabricants). Ce chapitre va expliquer l'architecture interne de ces processeurs. Connaître la structure interne de chaque processeur en détail serait trop compliqué, mais ceci va permettre de clarifier ces différences performances des processeurs pour une vitesse équivalente.
Tous les "processeurs PC" utilisent les mêmes instructions que les premiers processeurs 8086 d'INTEL (mais souvent le système d'exploitation n'est plus compatible avec ces anciens programmes). Les instructions qu'un processeur est capable de lire sont programmées en assembleur. Tous les systèmes d'exploitation et programmes sont recodés à partir de langages évolués (C, pascal, Visual Basic, …) vers cet assembleur. Si un nouveau processeur utilise les mêmes instructions de base qu'un processeur de la première génération, ceci n'est pas limitatif. En cours d'évolution, certaines instructions ont été ajoutées pour permettre des décodages d'adresses sur une plage supérieure (386) ou pour des instructions multimédia (Pentium MMX, Pentium III , K6-2 et K6-3).
L'obligation de garder les instructions de base du 8086 pour les processeurs suivant pose de sérieux problèmes pour la conception de nouveaux microprocesseurs compatibles X86. Les instructions du 8088-8086 ne sont pas franchement faciles. Codées entre 1 et 5 bytes, elles ne permettent pas de prédire l'espace utilisé par l'instruction suivante. Suivant un codage à 8 bit des instructions, une instruction peut prendre plusieurs bytes.
2.Quelles sont les possibilités d'augmenter la vitesse d'un processeur sans modifier la structure?
1. exécuter plusieurs instructions en même temps, mais cela est difficile puisque certaines instructions sont conditionnelles.
2. faire passer via un décoder les instructions de type CISC en RISC plus rapide.
3. S'assurer que le processeur n'attend jamais d'instructions, qu'elles soient directement accessibles.
4. augmenter l'intégration en diminuant la taille des transistors. Ceci augmente la vitesse de transfert entre les différentes parties.
Tous ces trucs sont actuellement utilisés, tant par INTEL, que par AMD et Cyrix (VIA).


2. L’Architecture d'un microprocesseur
2.1 L’Architecture Interne du Microprocesseur
Un microprocesseur est construit autour de trois éléments principaux:
 Une unité arithmétique et logique (UAL ou ALU)
 Une unité de commande (UC)
 Des registres
Ces trois éléments sont reliés entre eux par un bus interne, celui-ci permettant les échanges de données entre les différentes parties du microprocesseur.



































Unité de Commande et Eléments Associes :
Elle permet de "séquencer" le déroulement des instructions. Elle effectue la recherche en mémoire de l'instruction, le décodage, l'exécution et la préparation de l'instruction suivante.
Compteur Ordinal ou Compteur Programme :
Il est constitué par un registre dont le contenu est initialisé avec l'adresse de la première instruction du programme.
Dès le lancement du programme ce compteur contient l'adresse de la première instruction à exécuter:
 soit par incrémentation automatique dans le cas où les adresses des instructions se suivent.
 soit par chargement de l'adresse de branchement dans le cas de sauts programmés.
Registre d'instruction et décodeur d'instruction:
Chacune des instructions à exécuter est rangée dans le registre instruction dont le format est 24 bits. Le premier octet ( 8 bits) est toujours le code de l'opération que le décodeur d'instruction doit identifier.
Registre des adresses:
Ce registre de 16 bits est un registre tampon qui assure l' interfaçage entre le microprocesseur et son environnement. Il conditionne le bus externe des adresses.
Registre de données:
Ce registre de 8 bits est un registre tampon qui assure l'interfaçage entre le microprocesseur et son environnement ou inversement. Il conditionne le bus externe ou le bus interne des données.
Bloc Logique de Commande:
Il organise l'exécution des instructions au rythme d’une horloge. Il élabore tous les signaux de synchronisation internes ou externes (bus des commandes) du microprocesseur
Pointeur de pile ou Stack pointer:
C'est un registre compteur de 16 bits qui contient l'adresse du sommet de la pile.
La pile est externe au microprocesseur, c'est une certaine partie de la mémoire RAM utilisée pour sauvegarder les contenus des différents registres, lors de l'appel à un sous-programme ou lors de la gestion d'une interruption, par exemple.
Unité de Traitement
Cette partie regroupe les circuits qui assurent les traitements nécessaires à l'exécution des instructions.
Unité arithmétique et logique:
C'est un circuit complexe qui assure les fonctions:
 arithmétiques: addition et soustraction
 logiques: ET, OU, OU exclusif
 comparaison, décalage à droite ou à gauche, incrémentation, décrémentation, mise à 1 ou à 0 d'un bit, test de bit.
Une UAL est constituée par un certain nombre de circuits tels que: complimenteur, additionneur, décaleur, portes logiques, ...
Accumulateur:
Un accumulateur est un registre de travail de 8 ou 16 bits qui sert:
 à stocker une opérande au début d'une opération arithmétique et le résultat à la fin de l'opération.
 à stocker temporairement des données en provenance de l'extérieur du microprocesseur avant leur reprise pour être rangées en mémoire.
 à stocker des données provenant de la mémoire ou de l'UAL pour les présenter vers l'extérieur du microprocesseur.
Registre des indicateurs d'état :
Les bits de ce registre de 8 bits associés à l'UAL sont à considérer individuellement. Chacun de ces bits est un indicateur dont l'état dépend du résultat de la dernière opération effectuée. On les appelle indicateur d’état ou flag ou drapeaux.
Dans un programme le résultat du test de leur état conditionne souvent le déroulement de la suite du programme.
On peut citer comme indicateur :
 retenue (carry : C)
 retenue intermédiaire (Auxiliary-Carry : AC)
 signe (Sign : S)
 débordement (overflow : OV ou V)
 zéro (Z)
 parité (Parity : P)
Remarque : La plupart des instructions modifient le registre d'état
Registre index
Le contenu de ce registre de 16 bits est une adresse. Il est utilisé dans le mode d'adressage indexé.
Registres auxiliaires
Ils permettent de stocker le résultat des instructions exécuter par l’ALU
Les Registres
Il existe deux type de registres : les registres d'usage général, et les registres d'adresses (pointeurs)
Les registres d'usage général
Ce sont des mémoires rapides, à l'intérieur du microprocesseur, qui permettent à l'UAL de manipuler des données à vitesse élevée. Ils sont connectés au bus données interne au microprocesseur.
L'adresse d'un registre est associée à son nom (on donne généralement comme nom une lettre) A,B,C.. Exemple : MOV C,B : transfert du contenu du registre "d'adresse" B dans le registre "d'adresse" C
Les registres d'adresses (pointeurs)
Ce sont des registres connectés sur le bus adresses.
On peut citer comme registre:
•Le compteur ordinal (pointeur de programme PC)
•Le pointeur de pile (stack pointer SP)
•Les registres d'index (index source SI et index destination DI)
Le compteur ordinal (pointeur de programme PC)
Il contient l'adresse de l'instruction à rechercher en mémoire. L'unité de commande incrémente le compteur ordinal (PC) du nombre d'octets sur lequel l'instruction, en cours d'exécution, est codée. Le compteur ordinal contiendra alors l'adresse de l'instruction suivante.
Le pointeur de pile (stack pointer SP)
 Il contient l'adresse de la pile. Celle-ci est une partie de la mémoire, elle permet de stocker des informations (le contenu des registres) relatives au traitement des interruptions et des sous-programmes.
 La pile est gérée en LIFO : (Last IN First Out) dernier entré premier sorti. Le fonctionnement est identique à une pile d'assiette
 Le pointeur de pile SP pointe le haut de la pile ( 31000H fig. 1), il est décrémenté avant chaque empilement, et incrémenté après chaque dépilement.
 Il existe deux instructions pour empiler et dépiler : PUSH et POP.
Les registres d'index (index source SI et index destination DI)
Les registres d'index permettent de mémoriser une adresse particulière (par exemple : début d'un tableau).
Ces registres sont aussi utilisés pour adresser la mémoire de manière différente. C'est le mode d'adressage indexé.








exemple sur le registre d'index
Exécution d'une instruction
Les différentes phases d'une exécution

A partir de la page précédente, on peut suivre les différentes phases de l'exécution d'une instruction. Celles-ci sont au nombre de 3 :
 Recherche de l'instruction (Fetch)
 Décodage (decode)
 Exécution (execute)
Recherche de l'instruction
Le contenu de PC (compteur ordinal) est placé sur le bus des adresses (c'est l'unité de commande qui établit la connexion).
L'unité de commande (UC) émet un ordre de lecture (READ=RD=1)
Au bout d'un certain temps (temps d'accès à la mémoire) le contenu de la case mémoire sélectionné est disponible sur le bus des données.
L'unité de commande charge la donnée dans le registre d'instruction pour décodage.


Compteur de Programme (PC)
Le microprocesseur place le contenu de PC (10000H) sur le bus adresses et met RD à 1 (cycle de lecture). La mémoire met sur le bus données le contenu de sa mémoire n° 10000H (ici 89D9H qui est le code de MOV C,B ). Le microprocesseur place dans son registre d'instruction le contenu du bus données (89D9H). L'unité de commande décode et exécute l'instruction MOV C,B


Décodage :
Le registre d'instruction contient maintenant le premier mot de l'instruction qui peut être codée sur plusieurs mots. Ce premier mot contient le code opératoire qui définit la nature de l'opération à effectuer (addition, rotation,...) et le nombre de mots de l'instruction. L'unité de commande décode le code opératoire et peut alors exécuter l'instruction.

L'exécution : Le micro-programme réalisant l'instruction est exécuté.
Les indicateurs sont positionnés (registre d'état).
L'unité de commande positionne le compteur ordinal (PC) pour l'instruction suivante..





Exécution d'une instruction
Après cette exécution, nous aurons C=B=1234H et PC = 10002H.
L’architecture externe du microprocesseur
L'interfaçage du processeur vers le circuit de commande nécessite 3 bus: un bus de donnée, un bus d'adresse et un bus de commande. Un bus est un ensemble de lignes de communication (matérialisés par des fils) qui relie 2 (ou plus) circuits digitaux entre-eux. Sur chaque fil, la tension électrique peut prendre 2 valeurs distinctes que nous désignerons généralement par 1 et 0 (tension présente ou absente).
Chaque emplacement mémoire ou périphérique interne est désigné par une adresse spécifique (parfois plusieurs à la suite de l'autre, ce que l'on appelle une plage d'adresse), similaire à l'adresse postale. Une adresse spécifique ne peut pas être partagée entre plusieurs circuits. Le bus d'adresse permet au processeur de communiquer avec le périphérique via son adresse (ou sa plage). Un bus d'adresse est constitué de plusieurs lignes. Un bus d'adresse 8 bit correspond à 8 lignes d'adresses et peut donc adresser 2 8 adresses, soit 256 adresses différentes, et ainsi de suite. Plus le nombre de lignes d'adresse est élevé, plus le processeur est capable de gérer de périphériques.
Une fois le périphérique contacté via le bus d'adresse, le bus de donnée permet de transférer des données binaires (y compris les lignes d'instruction en assembleur): en lecture (données transférées au processeurs) ou en écriture (envoi de données vers le périphérique). Le bus de donnée est constitué d'un certain nombre de lignes. Toutes les capacités des bus de donnée sont désignées sous 8 lignes de données (en Byte - octet), ou en multiple de 8 bits, les processeurs actuels utilisent 64 lignes de données par exemple. Donc 1 MB de mémoire signifie 1 MB sous 8 lignes, soit 8 Mb (Méga bits).















Brochage du microprocesseur Z80

Programmation d’un microprocesseur :
La conception et la mise en oeuvre des programmes qui permettent une bonne utilisation d'un microprocesseur nécessitent la connaissance:

- du jeu d'instructions, avec leur expression mnémonique, leur code opération, leur relation fonctionnelle,
- des procédures de gestion de la pile.
- des modes d'adressage.
- du comportement des indicateurs d'état.
- du traitement des interruptions.
Si certaines de ces données sont communes à différentes familles de microprocesseur, d'autres sont spécifiques à une seule.
Les Processeurs pour PC
1. Introduction:
Le Processeur (microprocesseur) est le composant hardware principal d'un PC. C'est l'unité de traitement des informations. qui se charge de "l'intelligence" des PC.
En 1972, INTEL développe un circuit électronique destiné à un constructeur de machine à calculer japonais, le 4004. Celui-ci le refuse pour ses dimensions excessives. INTEL le met alors dans son catalogue sans conviction mais avec succès. Les années 80 voyaient l'émergence de ces circuits avec les Zylog Z80, 6800 de Motorola (dont les suivants sont utilisés encore par les MAC) et le 6500. Avec l'arrivée des ordinateurs XT d'IBM et l'utilisation du 8088 (8086 pour les clones), INTEL devient maître du marché fin des années 80.
Les microprocesseurs de la famille INTEL compatible ont évolués. Avant d'examiner les améliorations (performances, structure), un bref résumé des microprocesseurs PC.
2. Le 8088 et 8086:
Premier processeur de la famille PC, le 8088 utilisé par IBM (concepteur du PC) utilise un bus de donnée interne de 16 bits, mais externe de 8 bits. Le 8086, totalement compatible au niveau des instructions, possède un bus de données 16 bits. Ce dernier était surtout utilisé par les copies. Le PC est sorti en 1980 sous la dénomination de XT. Il intègre un bus périphérique (pour implanter les cartes) de type ISA 8 bit.
3. Le 286:
IBM sortait 2 ans plus tard l'AT à base du 286 d'INTEL. De performances supérieures (de 8 à 16 Mhz), il était totalement 16 bits. Apparaît le bus ISA 16 bits, celui que nous connaissons maintenant.
IBM implante quelques nouveautés comme une horloge, un BIOS sur EPROM et le Setup, sauvegardés par une batterie. Le bios est le firmware du PC et sert d'interface entre l'électronique du PC et le système d'exploitation.
4. Le 386.
1991, c'est ici que commencent les vrais bricolages pour améliorer la vitesse de transfert et les premiers balbutiements d'INTEL dans le marketing, sous la concurrence d'un petit nouveau du nom d'AMD.
INTEL sort tout d'abord le 386DX à 25 et 33 Mhz. Son bus de données est de 32 bits, en interne et en externe. Le prix est élevé et les mémoires sont chères. Il sortent donc une version réduite du processeur, le 386SX avec un bricolage identique au 8086, bus de donnée interne de 32 bits, mais externe de 16 bits.
AMD sort son premier processeur 386, cadencé à une vitesse de 40 Mhz, totalement compatible avec le 386 d'INTEL. Avant, AMD fabriquait des processeurs Intel sous licence.
Les cartes mères avec une mémoire cache externe L2 font leur apparition. Cette mémoire plus rapide que la mémoire normale stocke les lignes de programmes et les données les plus utilisées. Ceci augmente les performance du PC.
5. Le 486.
INTEL sort le premier son 486 de type DX avec un socket 1. et avec un cache L2 externe à 256K. La vitesse atteindre 50 Mhz. Pour réduire les frais, INTEL sort le 486SX: identique au 486DX mais sans co-processeur mathématique.
Lorsque AMD sort un 486 à 40 Mhz, INTEL sort le premier processeur multiplicateur, le 486DX2-66.
Depuis les 486DX2, les processeurs utilisent donc 2 vitesse, une vitesse interne (sa vitesse de référence) et une vitesse externe pour les bus, appelée FSB (Front Side Bus)
Les modèles sont DX2-50, DX2-66, DX4-80 et DX4-100. Comme plus la vitesse externe est élevée, meilleures sont les performances de l'ordinateur.
Cyrix sort son premier processeur. Avec le 486, INTEL prend le dessus au niveau du co-processeur mathématique et donc des performances
Avec l'apparition des 486DX2, tous les processeurs modernes doivent être montés avec ventilateur. Les ordinateurs de marque utilisaient néanmoins des simples radiateurs jusqu'aux Pentium à 120 Mhz.
6. Les Pentiums
Encore une fois, INTEL sort le premier Pentium (Pentium vient d'une protection commerciale du nom). La principale caractéristique du Pentium par rapport à ses prédécesseur est l'implantation d'une mémoire cache interne appelée L1 de 8 KB pour les programmes et 8 KB pour les données directement implantée dans le processeur.
Suit en juin 1994 la sortie d'un processeur révolutionnaire par son architecture interne, le NexGen 586. Les instructions de ce processeur sont totalement compatibles avec celles du Pentium (mais pas le brochage) et ses performances sont plus rapides. Les cartes mères sont difficiles à trouver et finalement la firme disparaît, rachetée par AMD. AMD appellera son premier "Pentium" AM5X86. Il est équivalant à un Pentium mais utilise des cartes 486.A l'époque, les cartes 486 utilisaient des bus VLB, incompatible avec ce processeur. AMD poursuivra avec le K5 compatible broche (et donc carte mère) avec le Pentium, suivi du K6 et Cyrix le 586. Le K5 n'était pas au niveau des performances des Pentium et sera vite remplacé par le K6
Premièrement, INTEL sort les Pentium 60 et 66 Mhz. Ceux-ci utilisent un socket spécial. Le socket est l'emplacement ou l'on insère le processeur. Ces processeurs sont rapidement abandonnés suite à une dissipation thermique trop élevée.
Suit ensuite les fréquences supérieures avec le socket de type 7 que l'on connaît actuellement.
De nouveau, il va falloir utiliser des facteurs de multiplication entre la vitesse de travail interne et celle externe. Au contraire des 486DX2-66, le multiplicateur doit être signalé sur la carte mère.
Vitesse du processeur Fréquence multiplicateur
60 60 1
66 66 1
75 50 1,5
90 60 1,5
100 66 1,5
120 60 2
133 66 2
150 60 2,5
166 66 2,5
200 66 3
7. Les Pentiums MMX, K-6, K6-2, K6- Cyrix 6X86
En mai 1997, INTEL rajoute des instructions supplémentaires dans ses processeurs. Elles sont dédiées au compression notamment, même si elles sont répertoriées dans les publicités comme "MULTIMEDIA", le terme à la mode à l'époque. En même temps, le Pentium comportait un cache L1 de 16 K, le Pentium MMX de 32 K (moitié données, moitié programmes) AMD rajoute les mêmes instructions avec la mention K-6. Les Pentium MMX débutent à 166 Mhz.
AMD sort néanmoins le K6-2 qui inclut 21 autres nouvelles instructions (3Dnow, implanté dans directX5.0 de Microsoft) pour concurrencer le Pentium II et, en août 1999, le K6-3 qui intègre un cache L3. Le K6-3 intègre un cache L1 de 64K et un cache L2 de 256K à la fréquence du processeur.
233 66 3,5 Date de sortie
266 66 4
300 (K6-2) 66 (ou 100 * 4) 4,5 Juin 1998
333 (K6-2) 66 5
350 (K6-2) 100 3,5
400 (K6-2) 100 4
450 (K6-2 et K6-3) 100 4,5
Les Pentium MMX, K6 (équivalents aux MMX), K6-2, K6-3 et MII de Cyrix utilisent toujours le socket 7.
7.1. Au coeur du K6-III
Le processeur K6-II d'AMD dispose d'un cache L2 de 256 KB intégré qui travaille à la vitesse du processeur , soit 400 ou 450 MHz. Dans les Pentium II et III actuels, le cache secondaire L2 ne fonctionnent qu'à la moitié de la vitesse du processeur. Certains systèmes K6-III comportent également un cache L3, créé en enfichant ce processeur sur une carte mère pour K6 II (totalement compatible broche à broche) disposant de 512, 1024 ou 2048 KB de cache L2
8. Les Pentium II – CELERON et PENTIUM III
Pendant qu'AMD prépare son K6-2, INTEL sort le PENTIUM II. Ce processeur a ses propres caractéristiques. D'abord, le cache L2 n'est plus implanté sur la carte mère mais directement sur le boîtier du processeur et travaille à la moitié de la fréquence interne du processeur, ensuite, il utilise un nouveau socket pour s'insérer sur une carte mère, le slot one. Ce socket sera remplacé mi-2000 par les 370 (Celeron) et FC-PGA (Pentium III). Différents adaptateurs existent pour passer d'un slot one à un socket 370 PPGA / FC-PGA. Attention, l'adaptateur doit être de la même marque que la carte mère pour des questions de compatibilité. Le FC-PGA est identique au 370, sauf quelques broches en plus.
Viennent d'abord les Pentium II 233, 266 et 300 Mhz. Le chipset est le 440LX (au départ 440FX). Il gère les mémoires Dimm à 66 Mhz, le bus écran AGP, interface disque dur Ultra-ATA à 33 MB/s et bus externe USB. La taille d'un transistor Pentium est de 0,25 microns.
Comme INTEL décide d'abandonner les PENTIUM MMX et que les prix des Pentium II sont trop chères, sort le CELERON pour les machines de bas de gamme. Celui-ci n'inclut au départ pas de caches. Dans les derniers sortis, il est de 128K, mais est cadencé à la même vitesse que le processeur. INTEL a sorti un chipset 440EX (fin98) et 440ZX qui gère moins de slot pour les bus PCI (3) et ISA (1).
L'étape suivante est les Pentium à 333(mars 1998), 350, 400, 450, 500 Mhz, ... Ceux-ci utilisent le chipset 440BX (VIA sort l'Apollo P6 qui gère en plus la norme ultra DMA/66 pour 33 au 440BX). Celui-ci gère les mémoires à 100 Mhz.
Sorti début 1999, les PENTIUM III sont identiques au Pentium II mais intègrent des instructions multimédia supplémentaires, appelée SSE
9. Pentium Pro, Xeon
Le Pentium Pro autorise l'utilisation jusque 8 processeurs simultanément (pour 2 max. pour un Pentium II). Sa sortie s'est faite pratiquement en même temps que les Pentium MMX. C'est le précurseur des Pentium II qui reprend la même architecture.
Cette famille de processeurs INTEL est identique aux Pentium II, mais intègre des particularités qui les destinent aux serveurs réseaux. Le Pentium Pro est d'ailleurs le premier processeur de la sixième génération sorti par INTEL. De fait, les Pentium II, Pentium III, Celeron, Pentium Pro et Xéon utilisent une architecture interne identique. Seules les vitesses internes et externes, taille et vitesse du cache L2 et slot (ou socket) varient.
Son successeur, le XEON sorti en mars 99, est disponible en 2 versions, avec cache 512k pour les stations de travail et 1 MB pour les serveurs réseaux. Le cache L2 est cadencé à la même vitesse que le processeur. Ces processeurs sont quasiment introuvables sur le marché "assembleur". Une version multimédia est sortie en septembre 1999 (dénommée Xenon III).
Les Pentium Xeon utilisent un connecteur nommé SLOT 2 pour s'insérer sur les cartes mères.
10. L'Athlon, Duron et Thunderbird d'AMD
10.1. Introduction
Sortie en mai 1999, ce processeur est le premier de la génération 7. L'Athlon prend pour la première fois la tête vis à vis des Pentium III. Il intègre 22 millions de transistors contre 9,5 millions pour un Pentium III
Quelles sont les caractéristiques de l'Athlon par rapport au Pentium III et au précédents AMD: tout d'abord 3 unités de calcul en virgule flottantes, pour 1 seule pour les autres et 2 pour les Pentium II et III. Si l'unité installée dans les Pentium a toujours été supérieure à celle des K6. Cette fois, les 3 unités sont chacune du niveau des Pentium III. De plus, les 2 modules des Pentium ne peuvent travailler simultanément, les 3 unités de l'Athlon, oui!
La deuxième différence vient des caches intégrés au processeur. Le cache L1 est de 32 k pour les Pentium III, contre 128K pour l'Athlon. Le cache L2 de 512k pour les Pentium II et III (128K pour les Celeron) débute à 512k pour aller jusqu'à 8 GB pour l'ATHLON. AMD a ici largement profité de la technologie COMPAQ et de ses Alpha. D'ailleurs, les prochaines versions Athlon devraient être compatibles avec les cartes spécifiques Alpha.
Une autre différence est la vitesse du bus externe. Si les Pentium III classiques sont limités à 100 Mhz en bus externe (133 pour les coppermine), l'Athlon utilise la technologie Alpha EV6 pour utiliser des bus externes à 200 Mhz (flancs montants et descendants sur 100 Mhz) , mais ne gère que des mémoires PC133. Tant que les circuits externes AMD ne seront pas sortis, le bus à 200 Mhz (100 Mhz utilisant les flancs montants et descendants du signal) restera quand même dans le domaine du futur. Les conséquences de ces fréquences ont obligé AMD à utiliser un nouveau connecteur pour les Athlon, le slot A. D'apparence similaire au Slot 1 des Pentium II, les signaux sont différents, ce qui nécessitera des cartes mères différentes pour les AMD et Pentium III.
Attention, même si l'apparence est la même, le Slot A n'est pas compatible avec un Slot one de Pentium II et un socket 370 (celeron) / FC-PGA (Pentium III) ne sont pas compatibles avec les sockets A des Duron / Thunderbird.
Sortie début 2002, la version Athlon MP est une version spéciale pour les serveurs. C'est la seule version compatible Multiprocesseurs. Elle concurrence les XEON MP. La vitesse de ces processeur, quoique en dessous reste proche de celle des Athlon XP.
10.2 Evolution
Mi-2000, AMD supprime les K6-2 et K6-3 et sort 2 versions de l'Athlon amélioré en socket A: le Duron et le Thunderbird.
Le Duron intègre un cache L1 de 128 K et un cache L2 de 64 K à la même vitesse que le processeur. Le Thunderbird dispose d'un cache L1 de 128K, mais un cache L2 de 256K, toujours à la même vitesse que le processeur. Ces processeurs utilisent un bus externe cadencé à 100 Mhz DDR (Double Data Rate, X2) qui correspond dans la pratique à 200 Mhz.
Les Athlons seront également modifiés courant 2001. Le Thunderbird est remplacé par le XP( core du nom de Thoroughbred). L'architecture interne est différente, garantissant moins d'échauffement. Ce processeur inclue de plus une protection contre la surchauffe. Le cache L2 reste à 512 KB avec 52 nouvelles instructions complémentaires appelées 3D Now Professionnal. Une version MP voit également le jour. cette version est bi-processeur. Les XP possèdent néanmoins une autre caractéristique comme un FSB de 133. Nous verrons que la vitesse n'est plus la seule mesure des performances. Depuis les XP, la vitesse effective des processeurs n'est pas celle sur la quelle ils sont vendus.
Evolution suivante au troisième trimestre 2002, la vitesse externe est une fois de plus augmentée pour passer à 166 MHz avec les Athlon XP 2,8 Ghz (cadencé en fait à 2250 Mhz). Cette montée provoque quelques problèmes de compatibilité avec les cartes mères "133" mais améliore fortement les performances.
- Athlon XP 2800+ : 2.25 GHz - Attention, le FSB passe ici de 133 Mhz à 166 Mhz. La carte ci-dessus ne les accepte normalement pas, il faut utiliser un KT400 de VIA comme chipset (au lieu KT333)
Janvier 2003, AMD décline l'Athlon sous le Core BARTON. Ce nouveau processeur débutant à 2500 + (1833 Mhz). Le cache L2 passe de 256 à 512K. Les performances à vitesse équivalente sont forcément supérieures à celle des Thoroughbred
Les indications de FSB reprennent la vitesse réelle du bus. En effet, les Athlon utilisent les flancs montants et descendants de l'horloge. Par conséquent, un FSB de 133 tourne en fait à 266, un FSB de 166 à 333 et un FSB de 200 à 400. Pour reconnaître les vitesses externes effectives sur un processeur, il suffit de lire la lettre sur l'étiquette gravée sur le processeur: C pour 266, D pour 333 et E pour 400.




11. Comparaison Processeur fin 1999.
K6-3 PENTIUM II Pentium III Athlon CELERON
Compatible MMX Oui Oui Oui Oui Oui
Instructions 3D Oui (3D Now) Non Oui (SSE) Oui (3D Now!) Non
Fréquences (Mhz) 400/500 300/333/350/400/450 450/500/550/600 et plus 500/550/600 et plus 266/300/333/400 et plus
Fréquence (Mhz) 100 66/100 100/133 200/266 66
Socket 7 Slot 1 Slot 1/ socket 370 Slot A/socket Slot1 (ou 370)
Cache L1 (KB) Inst. + données 32+32 16+16 16+16 64+64 16+16
Vitesse du cache L2 CPU ½ vitesse CPU ½ vitesse CPU CPU CPU
Quantité de cache L2 256 K 512K 512K 512K Selon modèles
Cache L3 Selon carte mère (1 MB) Non Non Non Non
Technologie de fabrication µ 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
Taille du CPU (mm2) 118 203 203 119 131
Nombre de transistors (millions) 21,3 7,5 7,5 21,3 7,5

Le Celeron ne comportait pas de cache L2 jusqu'à 300 Mhz. Depuis (Celeron 300A), le cache est de 128 K
L'analyse des différentes configurations est difficile. Par exemple, un K6-III à 400 Mhz est de 10% inférieur aux performances d'un Pentium III à 400 Mhz. Par contre, un K6-III à 450 Mhz surpasse un Pentium III à 500 Mhz de 10 % dans les Brench Marks (pas pour les jeux ou dessin technique)
12. Processeurs INTEL Pentium III Copermine
Intel remplace le Pentium II par le Pentium III. La vitesse de départ est 500 Mhz (mars 99). Il est équivalent au Pentium II avec de nouvelles instructions multimédia.
Pour parfaire la facilité de l'acheteur, INTEL sort en même temps 4 versions du même processeur, selon la taille de la gravure et la vitesse du bus extérieur (100 Mhz pour le circuit 440BX). Suivant la lettre accolée, vous trouverez les caractéristiques du processeur. Voici par exemple les caractéristiques d'un Pentium 600 Mhz.
Bus 100 Mhz, gravure 0,25 micron 600
Bus 133 Mhz, gravure 0,25 600B
Bus 100 Mhz, gravure 0,18 micron 600E
Bus 133 Mhz, gravure 0,18 micron 600EB
Toutes les versions n'existent pas. Par exemple, le 667 Mhz n'est prévu qu'avec un bus de 133 Mhz et gravure 0,18 micron. Il faudra les processeurs à 667 et 700 Mhz pour que INTEL tiennent réellement les promesses du COPPERMINE. Les PENTIUM III gravés en 0,18 microns (COPPERMINE) exploitent une mémoire L2 de 256K mais à la même vitesse que le processeur, pour 512k, mais à la moitié de la vitesse, pour ceux gravés en 0,25 microns (anciens). Ceci donne un taux de transfert de 9,6 GB par seconde pour un PE III E (ou EB) en 256 bits pour 2,4 GB/s en Pentium III 600 normal qui fonctionne en 128 bits avec la moitié de la fréquence. Les coppermine à 133 Mhz sont interfaçables par le i820 d'INTEL. Celui-ci n'accepte pas les Dimm 133 Mhz, mais bien les RamBus nettement plus chères.
13. Les processeurs Crusoe.
Arrivés en 1999 – 2000 (mais le développement a débuté en 1996), le Crusoe de la firme Transmetta est un cas atypique du monde PC. En effet, ce microprocesseur Risc inclut un interpréteur interne qui permet de faire tourner les applications X86 (en attendant peut-être les application Mac), y compris les systèmes d'exploitation Microsoft. L'avantage de ce processeur est une faible intégration de transistors. Comme le dégagement de chaleur est moindre, le processeur peut tourner à une fréquence supérieure. Désavantage, le processus est ralenti avec l'interprétation des commandes compatibles X86. Ce processeur a été développé dans le plus grand secret, notamment avec l'aide software de Linus Torvalds, le boss de l'exploitation Linux
Le processeur existe en deux versions (TM3120 et TM5400). Le TM3120 disponible depuis mars 2000 est cadencé en 333 et 400 Mhz. Il intègre un cache L1 de 96K, pas de cache L2. Il gère la SDRam de 66 à 133 Mhz. Le TM5400 disponible fin 2000 atteint une fréquence de 500 et 700 Mhz avec un cache L1 de 128K et un cache L2 de 256K. Il gère la mémoire DDR-SDRam de 100 à 166 Mhz.
Le but de ces processeurs est de se positionner uniquement dans les ordinateurs ultra-portables avec une consommation électrique très faible.
Avec l'annonce par Sony qu'il ne produirait pas de portables incluant ce processeur début 2002, ce processeur a quasiment disparu.
14. Les processeurs XEON
14.1. Présentation
Le successeur du Pentium Pro, le XEON, sorti en mars 99, est disponible en 2 versions, avec cache 512k pour les stations de travail et 1 MB pour les serveurs réseaux. Le cache L2 est cadencé à la même vitesse que le processeur. Ces processeurs sont quasiment introuvables sur le marché "assembleur". Une version multimédia est sortie en septembre 1999 (dénommée Xeon II).
Les Pentium Xeon utilisent un connecteur nommé SLOT 2 pour s'insérer sur les cartes mères au départ, il est depuis remplacé le socket 603. En effet, l'architecture interne des XEON n'est pas très différente des Pentium de haut de Gamme. Pour suivre l'évolution des Pentium IV (architecture NetBurst), INTEL a sorti les XEON MP. Fin 2002, ils étaient cadencés à 1.4 - 1.5 et 1.6 Gh. Ils utilisent également un cache L3 intégré variant de 0.5 à 1 MB.
La vitesse actuelle (avril 2003) est de 3,06 Ghz avec un socket 604. Les précédents utilisaient un socket 603.
Les performances de tels processeurs sont néanmoins liés au nombre de processeurs cumulés. Les architectures actuelles les limitent à 8 processeurs en grappe. Nous reparlerons de ces architectures multiprocesseurs en deuxième avec les serveurs. Pour rappel, le système d'exploitation doit être compatible (Win98, Me ou XP home ne gèrent pas ces grappes de processeurs).
Fin 2005, Intel a sorti une version Dual-core, suivie fin 2006 par une version quadri-core.
14.2. Particularité
Les processeurs XEON utilise l'Hyper-Threading. Cette fonction est également implantée dans les nouveaux Pentium IV, mais n'est pas activée à la production du processeur (et donc inutilisable) pour les Pentium IV inférieur à 3,06 Ghz. Elle permet d'exécuter simultanément plusieurs Treads avec un seul processeur physique.
Un thread (tâche) consiste en un morceau de programme dont la particularité est de s'exécuter séparément du reste du programme, à la différence d'une fonction dont le début et la fin sont définis de façon figée dans le déroulement du programme.
L'intérêt du thread réside dans la séparation des tâches, un environnement multi-tâche est ainsi capable de répartir les threads courants sur les ressources présentes. Ce système prend tout son sens sur une machine à plusieurs processeurs : l'OS peut ainsi affecter un ou plusieurs threads à chaque processeur, parallélisant ainsi leur exécution.
Lorsqu'il n'y a qu'un seul processeur, celui-ci traite alternativement tous les threads en cours, passant continuellement de l'un à l'autre, et donnant ainsi l'illusion d'une exécution simultanée. Afin de permettre cette alternance continuelle entre les threads, chacun d'eux possède un contexte, ou état, qui contient entre autres l'état des registres du processeur. Chaque fois qu'un thread devient actif, son état est restauré, permettant au processeur de reprendre l'exécution du thread là où il l'avait laissée. Enfin, lorsqu'un autre thread va prendre la main, ce contexte est sauvegardé.
L'Hyper-Threading consiste à permettre l'exécution simultanée de deux threads sur un seul processeur. Pour cela, le Pentium 4 peut gérer deux contextes simultanés. Ces deux contextes contiennent alors chacun une représentation différente des mêmes registres. Le système d'exploitation y voit alors deux processeurs, et se comporte comme s'il en était ainsi. On ne parle alors plus de système SMP (Symmetric Multi Processing) mais de SMT (Simultaneous Multi Threading) et de processeur logique (le Prestonia possède deux processeurs logiques).
On peut se demander alors à quoi cela sert de permettre l'exécution simultanée de deux threads s'il n'y a physiquement qu'un seul processeur. En fait l'idée est simple : mixer ainsi deux flux d'instructions arrivant au processeur, permet de favoriser l'utilisation simultanée de toutes les ressources du processeur telles que les unités d'exécution, et permet de réduire certaines causes de mauvais remplissage du pipeline.
Selon Intel, un code classique n'utilise en moyenne que 35% des ressources du Pentium 4, et l'utilisation de l'Hyper-Threading permettrait un gain allant jusqu'à 30%. Pour vérifier cela, il vous faudra la version Prestonia (Xeon) du Pentium 4. C'est officiellement la seule version à supporter l'Hyper-Threading.
Ainsi d'un point de vue matériel, toutes les versions de Pentium 4 supportent l'Hyper-Threading, mais un seul processeur logique est actif (ce qui revient à n'utiliser qu'un seul des deux contextes).
15. Le Pentium IV (fin 2000)
Alors que les Pentium II, Pro, Celeron, Xenon et Pentium III utilisent la même architecture interne, INTEL sort un tout nouveau processeur appelé PENTIUM IV basée sur une architecture appelée NetBurst.
15.1. Ses caractéristiques.
• 42 millions de processeurs, avec une architecture qui reste en 32 bits.
• Nouveau socket, de type PGA 423 (remplacé mis 2001 par le µPGA 478).
• Nouvelles instructions SSE2 exploitées par DirectX 8.0, 144 instructions
• Pipeline à 20 niveaux contre 10 pour les Pentium III, ce qui n'est pas sans conséquences en cas de mauvaise prédiction de branchement.
• Unité de calcul modifiée (2 ALU tournant au double de la vitesse interne du processeur et une PGU "Virgule flottante").
• La mémoire cache L2 reste à 256 K (portée à 512K début 2002) mais est amélioré. En effet, on passe là encore d´une bande passante de 14.9 Go /s pour un PIII 1 GHz à 41.7 Go /s pour un P4 1.4 GHz.
• Le cache L1 ne contient plus qu'un cache données de 8 K et une "Instruction Trace Cache" qui stocke les instructions après leur décodage en RISC. Ce cache programme peut contenir jusque 12.000 instructions.
• La fréquence de bus (externe) est de 200 Mhz, mais passera à 400 début 2002.
• La gravure est de 0,18 µ, passera à 0,15 µ début 2002.
Le SSE, ou Streaming Simd Extension, fut introduit en mars 1999 avec le Pentium III. Il s´agissait d´un jeu de 70 instructions utilisant la technologie SIMD (Single Instruction, Multiple Data), tout comme le MMX ou le 3D Now!. Le principe du SIMD est simple : traiter d´une traite plusieurs données avec une seule instruction. Ainsi, alors qu´avec une instruction SISD (Single Instruction, Single Data) de type x86 par exemple une instruction équivaut à un résultat, on peut obtenir jusqu´a 4 résultats avec une instruction SSE. Ainsi, en un cycle d´horloge on ne pourra faire que x + y en x86, mais on pourra faire x1 + y1, x2 + y2, x3 + y3 et x4 y4 en SSE.
Le SSE 2 apporte des améliorations à deux niveaux. Tout d´abord, il rajoute 144 nouvelles instructions à celles existantes, ces dernières portant principalement sur la gestion de la mémoire et du cache. De plus, le SSE 2 permet de manipuler de nouveaux types de données, tel que les nombres entiers de 128 bits (1 par cycle) et les flottants double précision de 64 bits (2 par cycle). Entiers ? 128 bits ? Et oui, le SSE 2 permet à ce bon vieux MMX de passer au 128 bits !
Bien entendu, tout comme le MMX et SSE, le SSE 2 nécessite que les applications soient programmées pour en tirer partie, ce qui n´est pas le cas actuellement et qui ne sera jamais le cas pour une majorité d´entre elles.

L´architecture NetBurst est également capable d´exécuter les instructions dans le désordre (out of order execution). Ainsi, si par exemple la première ALU traite le calcul A = 5 x 6 et que le calcul suivant est B = A + 2; la seconde ALU ne peut rien faire dans le cas d´une exécution in order (dans l´ordre), si ce n´est attendre le résultat du calcul A. Avec un le système out of order, la deuxième ALU peut sauter ce calcul pour passer à un suivant, tous les résultats étant bien sur remis dans l´ordre à la fin.
Un point important reste toutefois inchangé : lorsque que l´on utilise plusieurs processeurs sur ce nouveau bus, ils vont se partager cette bande passante de 3051 Mo /s jusqu´au chipset, alors qu´avec le bus EV6 utilisé sur l´Athlon, chaque processeur dispose (enfin, disposera, étant donné que les premiers systèmes bi Athlon ne sont arrivés que mi 2001 sur le marché, version MP) d´un bus dédié vers le chipset (à 2029 Mo /s donc).
Remarquez le support sur les cotés du processeurs pour le ventilateur de "forte taille" puisqu'il pèse dans les 450 gr.

A gauche le Socket 423, à droite le Socket 478
15.2. Evolutions
Mi 2001, INTEL modifie le brochage des Pentium IV, le PGA 423 Pin est remplacé par un nouveau socket, le µPGA 478 Pin. Ceci ne modifie en rien l'architecture interne.
Sorti début 2002, le Northwood est la seconde version du Pentium 4 (P4N). La première version portait comme nom de code Willamette (P4W). Ses caractéristiques sont les mêmes que le P4W, si ce n'est qu'elle utilise une gravure en 0,13µm et possède 512Ko de cache L2. Elle n'est disponible qu'au format µPGA socket 478 Cette version apparaît à partir des 2,2 Ghz, le cache L2 passe à 512K
Début novembre 2002, Intel annonce un changement de tension d'alimentation pour ces processeurs basés sur le core C-1 (0.13µ), qu'ils soient de type Pentium 4 ou Celeron. Désormais, en lieu et place d'un unique 1.525V, ces processeurs pourront fonctionner en 1.475, 1.5 ou 1.525V. Du coup, ces processeurs ne disposeront d'aucun marquage concernant leur tension d'alimentation. Ces nouveaux P4 seront disponibles le 6 Décembre pour les versions 2.66 et 2.8 GHz (SL6S3, SL6S4), alors que les versions inférieures (Celeron inclus, S-Spec de type SL6S* et SL6R*) attendront le 24 Janvier.
Sorti début 2003, le Pentium IV à 3,06 Ghz inclus l'hypertreading.
En 2005, le socket est remplacé par le 775. Le processeur ne possède plus de pin, elles sont maintenant sur le socket.

Pentium III Thunderbird Duron Celeron Pentium IV
largeur bus 32 bits 32 bits 32 bits 32 bits 32 bits
Cache L1 16K data + 16 K program 64KB/ données et 64KB pour programmes 64KB/ données et 64KB pour programmes 16K data + 16 K programmes 8K de données
" Instruction Trace Cache"
Cache L2 On Died 256 K sur 256 bits
On Died 384K (sur 64 bits)
On Died 192K (sur 64 bits) 128K 256K
nombre de transistors 37 millions 37 millions 42 million
Vitesse externe 133 Mhz (1,06 Gb/s) 200 Mhz (1,6 GB/s) 266 Mhz (début 2001) 200 Mhz 100 Mhz (à partir du 800 Mhz 400 Mhz (3,2 GB/s
Gravure 0,18 µ 0,18 µ 0,18µ
Mémoire PC 100 - PC133 Direct Rambus PC800
Chipset associé i850 (845 mi 2001 pour PC133)
16. Comparaison des processeurs mi 2001.

(1) SSE2: prévues entre-autre pour décodage MPeg et chiffrement, incluant des instructions sur 128 bits.
17. Les processeurs 64 bits.
Dans le chapitre "amélioration possible des processeurs", une des amélioration possible donnait l'augmentation du nombre de lignes du bus de données. Le 286 était 16 bit, le 386 DX et suivants sont restés 32 bits. Ceci peut sembler anecdotique mais ... Ceci signifie qu'un Pentium IV peut utiliser un système d'exploitation DOS couplé avec un Windows 3.1 (par exemple) mais qu'un 8088 (16 bits interne) ne pourra jamais faire fonctionner un Windows XP, même en l'overclockant à mort (compatibilité ascendante)
Un processeur 32 bits signifie que les instructions en assembleur qu'il lit sont codées sur 32 bits. Avec les chauffards de l'informatique, pour augmenter les performances d'un processeur, vous pouvez soit augmenter la vitesse, soit doubler le nombre d'instructions par cycle d'horloge. Cette solution a déjà utilisée, mais les processeurs 64 bits utilisent des instructions 64 bits, incompatibles avec les programmes 32 bits. Un processeur 64 bits ne peut donc lire des instructions 32 bits et vis versa. INTEL avec son processeur 64 bits ITANIUM sorti en juillet 2001 a contourné le problème en n'acceptant pas les anciennes instructions 32 bits (celle que nous connaissons). Ceci a nécessité de réécrire les programmes et systèmes d'exploitation ou plutôt de les recompiler, c'est à dire de reconvertir le programme assembleur 32 bits en 64 bits. Windows 64 bits existe pour ces processeurs, mais peu de programmes sont réellement sur le marché.
Les deux protagonistes actuels des processeurs (INTEL et AMD) travaillent chacun sur des processeurs 64 bits, incompatibles avec nos systèmes d'exploitation actuels. La philosophie est néanmoins différente. INTEL a conçu un vrai processeur 64 bits, l'ITANIUM. Ceci réduit l'utilisation des Itanium à celle de serveur ou de station de très haute gamme. Ces machines doivent concurrencer les systèmes UNIX de Sun notamment et pas les Athlon.



Par contre, AMD planche sur un processeur 64 bit pouvant émuler les systèmes d'exploitation 32 bits. L'avantage reste l'utilisation de systèmes d'exploitation standards, le défaut, c'est cette émulation qui pénalise les performances en 32 bits. AMD développe en parallèle 2 types de processeurs 64 bits, l'Athlon 64 bits et l'Opteron (spécifique serveur)
18. L'Itanium et Itanium II
Le premier microprocesseur 64 bits est sorti en 2001. Quoique presque inconnu du grand public, ses caractéristiques en font une "bête de vitesse" par rapport aux pauvres processeurs courants. Mi 2002, les fréquences possibles n'étaient que de 733 et 800 Mhz. L'architecture EPIC utilisée (Explicity Parallel Instruction Computing) lui est spécifiquement dédiée.
Le traitement des instructions et transferts externes se font en 64 bits sur de la simple mémoire PC100. La fréquence du bus de sortie est elle de 266 Mhz
Couplé avec le chipset spécifique (le 460 GX), les Itanium peuvent être configurés avec un banc allant jusqu'à 512 processeurs. L'Itanium utilise, comme les XEON, trois caches:
 L1 de 32 K (16 K + 16 K)
 L2 de 96 K
 L3 de 2 ou 4 MB
L'itanium II sort fin 2002. Ses caractéristiques ne sont pas très différentes de l'Itanium I. Les vitesses varient de 900 Mhz à 1 Ghz. Le cache L3 est réduit à 1.5 ou 3 MB, mais à la vitesse du processeur (On Died).


19. Athlon 64 bits et Opteron
Connus anciennement sous le nom de code "HAMMER", AMD développe 2 versions de son processeur 64 bits: l'Opteron et l'Athlon 64 bits. L'Opteron est la version serveur – station informatique de haute gamme, au même titre que l'Itanium et son successeur l'Itanium II. Ces 2 processeurs acceptent les instruction usuelles 32 bits
Les principales modifications par rapport à l'architecture K7 vient du nombre et de la taille des registres (les mémoires de travail internes) qui doivent supporter à la fois les nouvelles instructions AMD64 d'AMD et SSE d'INTEL.
Les Opteron sont gravés en 0,13 µ, tout comme les Athlons actuels, et utilisent un socket spécifique de type 940. Le cache L2 passe de 512K à 1 MB. La gestion mémoire n'est plus dévolue au chipset, mais bien directement au processeur qui gère 2 bancs (32 bits) de DDR333.




L'Opteron utilise 3 bus Hypertransports qui peuvent être reliés directement à un autre processeur (3,2 GB/s en bidirectionnel) soit à une puce gérant le PCI-X ou l'AGP.
Comme l'Opteron est dédié serveur, il est décliné sous 3 versions: 100, 200 et 800 qui disposent respectivement de 0, 1 et 3 bus processeurs pouvant être utilisés pour des machines utilisant 1,2 et 8 Opteron. Chaque version est décliné en différentes vitesses. La version 200 est actuellement la seule disponible avec des vitesses de 1,4, 1,6 et 1,8 Ghz.
L'Athlon 64 bits reprend 95 % du core d'exécution d'un Athlon XP. Néanmoins, quelques modifications importantes sont prévues.
1. L'apport de registres 64 bits : Cheval de bataille d'AMD, le K8 se distingue principalement de l'architecture précédente via l'ajout de 8 registres 128 bits (SSE/SSE2) ainsi que la possibilité d'accéder aux registres généraux en 64 bits, ce qui lui permettront d'exécuter du code 64 bits, tout en restant compatible avec le 32 bits. C'est la fameuse technologie x86-64.
2. L'intégration du contrôleur mémoire : La majorité des fonctions autrefois dédiées au Northbridge est désormais inclue dans le processeur, et en particulier le contrôleur mémoire. Supportant la DDR333 et 266, le contrôleur mémoire intégré fonctionne à la fréquence du CPU et permet une latence particulièrement basse
3. Controleur HyperTransport intégré : L'HyperTransport est un bus de communication inter-bridge permettant aux différents "ponts" de la carte mère de communiquer ensemble. Il utilise un bus de données à bande passante évolutive et variable. Il contraste donc avec les autres normes de génération inférieure, comme le V-Link de VIA ou le MuTIOL de SiS qui fonctionne en mode client/serveur. Le bus Hypertransport offre une bande passante maximale de 6.4 Go/s
4. Un cache L2 amélioré : Contrairement à l'Athlon XP qui embarque un maximum de 512 ko de cache L2, le K8 existera avec un cache de second niveau pouvant aller jusqu'à 1 Mo. Certaines versions de l'Athlon 64 seront équipées de seulement 256 ko. Outre la taille, la latence des TLBs a été optimisée et un mécanisme de prédiction de branche avancée a été ajouté.
5. L'ajout du SSE2 : Développé à l'origine par Intel pour sa gamme de Pentium 4, les instructions SSE2 font désormais partie de l'Athlon 64 et de l'Opteron. Elles permettent la manipulation de registres 128 bits et offrent, en théorie, un gain de performance significatif sur les applications de calculs Audio/Vidéo/3D.
20. Microprocesseurs Dual-core.
1. Introduction
Depuis les premiers processeurs, l'augmentation de la vitesse du microprocesseur est à la base des gains de performances, ce n'est pas la seule comme nous le verrons dans le chapitre sur la structure des processeurs. Malheureusement, l'augmentation de la vitesse a ses limites. Intel a déjà implanté l'hypertreading dans quelques uns de ses microprocesseurs. L'Hypertreading permet au processeur, si le programme est compilé pour, de découper l'exécution en plusieurs parties, exécutées en même temps. Dans les serveurs, on utilise également plusieurs processeurs en parallèle pour augmenter les performances. Ces 2 notions sont à la base du Dual-Core (coeur): implanter 2 processeurs qui travaillent en même temps mais dans le même boîtier.
2. Différentes technologies du DUAL Core.
Pour fabriquer un microprocesseur Dual-core, 3 techniques sont envisageables:
1. fabriquer 2 processeurs distincts et les implanter dans le même boîtier, chacun gérant sa mémoire et ses entrées sorties. Cette méthode a peu d'intérêt, puisqu'il n'y pas de partage de mémoire et nécessiterait un socket avec le double de Pin de ceux actuels.
2. Graver les 2 microprocesseurs dans le même core (puce électronique), c'est le choix actuel d'INTEL
3. Intégrer 2 processeurs distincts dans le même boîtier mais chacun gérant sont propre contrôleur mémoire, technique développée actuellement par AMD, même si les Opteron et Athlon 64 actuels utilisent toujours la méthode 2.
Technologie Dual Core AMD
actuel dans ses processeurs 64 bits.
Le contrôleur mémoire ne passe pas par le chipset
Technologie Dual Core Intel

La première solution n'est par réellement envisageable puisque les 2 processeurs ne partageraient les données que via la mémoire RAM, ce qui entraînerait des conflits de lecture / écritures ou l'utilisation d'un composants chargé de départager les accès mémoire.
3. Avantages du microprocesseur Dual-Core.
A la différence de l'Hyper-Treading qui nécessite des programmes compilés compatibles pour pouvoir fonctionner, les processeurs DUALCORE fonctionnent avec des programmes standards. Pour le système (logiciel), les 2 processeurs ne sont vus que comme 1 seul. Par contre, le traitement va être en théorie doublée. En effet, l'utilisation des bus externes reste limitée. Seul la vitesse de traitement interne va augmenter les performances globales de l'ordinateur puisque 2 programmes vont pourvoir fonctionner en même temps. Cette petite animation d'Intel (en anglais) vous fera mieux comprendre les différences de performances entre l'hyper-treading et le Dual-Core.
Par contre, le processeur n'est pas l'unique goulot d'étranglement dans un système informatique. Les périphériques externes tels que le disque dur ou même la mémoire vont jouer sur les performances de la machines. Les performances des applications faisant de nombreux appels sur le disque dur ne seront donc pas améliorées par le Dual-Core. En même temps, l'utilisation de tels processeurs nécessite une quantité de mémoires supplémentaire.




4. Processeurs Dual Core INTEL
Intel Implante cette technologie dans divers processeurs de haut de gamme comme dans:
1. les processeurs bureautiques Pentium IV Extreme Edition (dernières versions), Pentium IV D, Celeron D

2. dans les serveurs, notamment dans les Xeon (également en Quadricode depuis novembre 2006) et Itanium II

3. dans les processeurs portables, le centrino Duo

La technologie d'Intel utilise un cache L1 par processeur intégré, le cache L2 est lui partagé directement entre les 2 processeurs du Dual-core. L'utilisation de processeurs Dual-core nécessite un chipset spécifique (minimum l’i955X pour les P4 Extreme Edition.







5. Dual Core AMD
Comme son concurrent, AMD développe également cette technologie. La méthode est différente du fait de l'architecture interne de ses processeurs 64 bits au niveau de la gestion de la mémoire, directement par le microprocesseur et plus par le northbridge du chipset. C'est d'ailleurs ce qui explique l'architecture NUMA des serveurs AMD alors qu'Intel utilise l'architecture SMP.
Dans les Athlon 64 et 64 FX, Sempron 64 bits (socket 754) et dans les Opteron, le contrôleur mémoire est directement implanté dans le processeur. La méthode utilisée par Intel dans le multiprocesseur standard n'est donc pas appliquée dans les serveurs AMD. Pour le Dual-coeur également, cette particularité modifie la structure interne

Dans le cas d'AMD, les caches L2 sont partagés directement via l'hypertransport (jusque 8 GB/s comme taux de transfert). Le bus mémoire lui est directement géré par les 2 microprocesseurs. La mémoire peut-être DDR (socket 939 ou 940) ou DDR-2 (AM-2). Le cache L1 reste à 128 KB mais pour chaque Core (64 pour les données et 64 pour les instructions). Suivant les versions (Turion pour ordinateur portable, Athlon 64 X2 ou Opteron), le cache L2 est de 512BK ou 1024 KB par coeur.
6. Dual-Core et Les systèmes d'exploitation :
En théorie, tous les systèmes d'exploitation standards permettent d'utiliser des processeurs Dual-Core. Au niveau de Microsoft, les ordinateurs Bi-processeurs nécessitent au minimum Windows 2000 ou Windows XP Pro. Par contre, l'utilisation de 4 processeurs ou plus passe par des versions dédiées serveur de Windows 2000 ou Windows 2003 (suivant également le nombre de processeurs). Par contre, les versions Dual-Coeur sont vues comme 1 seul processeur. VISTA accepte les Dual-Core (y compris avec l'hyperthreading toutes versions confondues. Les versions basiques sont simple processeur (physique), les autres versions de VISTA acceptent 2 processeurs.
















Merci.


. Comparaison Processeur fin 1999.
K6-3 PENTIUM II Pentium III Athlon CELERON
Compatible MMX Oui Oui Oui Oui Oui
Instructions 3D Oui (3D Now) Non Oui (SSE) Oui (3D Now!) Non
Fréquences (Mhz) 400/500 300/333/350/400/450 450/500/550/600 et plus 500/550/600 et plus 266/300/333/400 et plus
Fréquence (Mhz) 100 66/100 100/133 200/266 66
Socket 7 Slot 1 Slot 1/ socket 370 Slot A/socket Slot1 (ou 370)
Cache L1 (KB) Inst. + données 32+32 16+16 16+16 64+64 16+16
Vitesse du cache L2 CPU ½ vitesse CPU ½ vitesse CPU CPU CPU
Quantité de cache L2 256 K 512K 512K 512K Selon modèles
Cache L3 Selon carte mère (1 MB) Non Non Non Non
Technologie de fabrication µ 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
Taille du CPU (mm2) 118 203 203 119 131
Nombre de transistors (millions) 21,3 7,5 7,5 21,3 7,5

Pentium III Thunderbird Duron Celeron Pentium IV
largeur bus 32 bits 32 bits 32 bits 32 bits 32 bits
Cache L1 16K data + 16 K program 64KB/ données et 64KB pour programmes 64KB/ données et 64KB pour programmes 16K da