Francois Lesueur
2 years ago
3 changed files with 107 additions and 2 deletions
@ -0,0 +1,105 @@ |
|||||
|
CM3 Architecture - Notes de cours |
||||
|
================================= |
||||
|
|
||||
|
J'ai quoi dans un ordinateur ? |
||||
|
------------------------------ |
||||
|
|
||||
|
- Carte mère |
||||
|
- CPU |
||||
|
- RAM |
||||
|
- Cartes d'extension |
||||
|
- Disques |
||||
|
|
||||
|
[Architecture de Von Neumann](https://fr.wikipedia.org/wiki/Architecture_de_von_Neumann) : |
||||
|
- Une unité arithmétique et logique : calcul |
||||
|
- Une unité de contrôle : séquençage |
||||
|
- De la mémoire : volatile (RAM), permanente (disque), contenant à la fois du code et des données |
||||
|
- Des Entrées/Sorties : bus de communication (PCI-e, USB, SATA, Mémoire...), périphériques, monde extérieur |
||||
|
|
||||
|
|
||||
|
|
||||
|
Parlons du CPU |
||||
|
-------------- |
||||
|
|
||||
|
Un CPU c'est quoi ? |
||||
|
- Un ensemble de cœurs de calcul (1 à ~16) |
||||
|
- De la mémoire cache (différents niveaux plus ou moins partagés entre les cœurs) |
||||
|
- Packagés ensemble |
||||
|
- Soudé ou connecté (via un socket) sur la carte-mère |
||||
|
- (On parle de SoC si le CPU est lui-même packagé avec RAM et périphériques) |
||||
|
|
||||
|
Un cœur (core) = un _pipeline_ (chaîne de traitement) |
||||
|
- Lié au temps de propagation/stabilisation du signal en sortie |
||||
|
- Concept : découper la chaîne en plusieurs sous-chaînes plus courtes (exemple Fetch, Decode, Execute) |
||||
|
- La fréquence / vitesse d'horloge = le temps d'une étape du pipeline |
||||
|
- Pourquoi s'arrêter là ? |
||||
|
- Par exemple 10 sous-chaînes, 10 fois plus de traitement ! |
||||
|
- Jusque 31 chez Intel à une époque, aujourd'hui plutôt une quinzaine mais avec un cadre plus complexe |
||||
|
- La limite : les branchements / le code non-linéaire. Si on a mal exécuté, il faut vider le pipeline et reprendre la bonne chaîne (temps perdu, évidemment) |
||||
|
- Et donc de la prédiction, de la réorganisation (out-of-order) et de l'entremêlage (hyper-threading) pour |
||||
|
- faire le bon choix le plus souvent possible |
||||
|
- limiter l'impact d'un mauvais choix |
||||
|
- => Complexité + attaques hardware de la famille [Spectre](https://fr.wikipedia.org/wiki/Spectre_(vuln%C3%A9rabilit%C3%A9)) |
||||
|
|
||||
|
Évolution : |
||||
|
- Loi de Moore : ~ doublement de la puissance tous les 18 mois |
||||
|
- Jusqu'au début des années 2000 : par amélioration architecturale et augmentation de la fréquence |
||||
|
- Depuis : par amélioration architecturale et augmentation du nombre de cœurs (fréquence stagne) |
||||
|
- => Exécution parallèle nécessaire pour tirer profit des architectures modernes |
||||
|
|
||||
|
|
||||
|
Quelques éléments qui caractérisent un CPU : |
||||
|
- Marque/Modèle (ce qui implique son architecture) |
||||
|
- Jeu d'instructions (architecture) / nombre de bits (32 ou 64 aujourd'hui) |
||||
|
- Fréquence (rythme d'exécution des instructions) |
||||
|
- Nombre de cœurs physiques |
||||
|
- Nombre de cœurs logiques (hyper-threading) |
||||
|
- Longueur du pipeline |
||||
|
|
||||
|
Quelques exemples d'architectures : |
||||
|
- x86(-64) pour PC/Mac, CPUs conçus par Intel et AMD |
||||
|
- ARM (nombreuses versions) pour smartphones, SBC (Raspberry) et Mac modernes (Apple Silicon) |
||||
|
- AVR pour de nombreux Arduino, conçus par Atmel |
||||
|
|
||||
|
|
||||
|
|
||||
|
Un peu de mémoire |
||||
|
----------------- |
||||
|
|
||||
|
Du plus rapide et plus petit au plus lent et plus gros (on parle de [hiérarchies mémoires](https://fr.wikipedia.org/wiki/Hi%C3%A9rarchie_de_m%C3%A9moire)), avec quelques ordres de grandeur : |
||||
|
- Des registres : |
||||
|
- À l'intérieur de l'unité de calcul du CPU |
||||
|
- C'est de là que sont faits les calculs |
||||
|
- Exemple x64 : 16 registres généraux de 64 bits : 1ko (1 kilooctet = 1024 octets) |
||||
|
- De la mémoire cache : |
||||
|
- Sur le silicium du CPU mais séparé de l'unité de calcul |
||||
|
- Plusieurs niveaux de cache (L1 à L3) |
||||
|
- Quelques MO (jusque 20aine), les plus rapides liée à un cœur, les plus loins partagés (1 mégaoctet = 1024 kilooctets) |
||||
|
- Vitesse de l'ordre de 0,5-1 To/s |
||||
|
- De la mémoire vive (RAM) : |
||||
|
- Sur la carte mère, séparé du CPU |
||||
|
- Quelques Go (environ 4 Go sur un portable de base) (1 gigaoctet = 1024 mégaoctets) |
||||
|
- Vitesse de l'ordre de 5-50 GO/s |
||||
|
- De la mémoire de stockage (disque dur) : |
||||
|
- Périphérique branché sur la carte mère (SATA, SAS, ...) |
||||
|
- Quelques To (1 téraoctet = 1024 gigaoctets) |
||||
|
- Vitesse de l'ordre de 100 Mo/s (disque dur), 500 Mo/s (SSD) |
||||
|
|
||||
|
|
||||
|
Couches d'abstraction / Bas et haut niveau |
||||
|
------------------------------------------ |
||||
|
|
||||
|
Découpage en couches : |
||||
|
- Matériel / _Hardware_ |
||||
|
- Système d'exploitation / _OS_ |
||||
|
- Logiciels / _Software_ |
||||
|
- Encapsulation (poupées russes) : |
||||
|
- Virtualisation (VMWare, Virtualbox, ...) : un logiciel qui simule un matériel |
||||
|
- Conteneurisation (Docker, LXC, ...) : un logiciel qui simule un système d'exploitation |
||||
|
- Des langages s'exécutant dans une machine virtuelle dédiée : Java (la JVM), C# (.Net Framework), ... |
||||
|
|
||||
|
Similairement des langages : |
||||
|
- Binaire |
||||
|
- Assembleur |
||||
|
- C |
||||
|
- Java, Python |
Loading…
Reference in new issue