Améliorations technologiques
Au cours des années, les constructeurs de microprocesseurs (appelés fondeurs), ont mis au point un certain nombre d'améliorations permettant d'optimiser le fonctionnement du processeur.
Le parallélisme
Le parallélisme consiste à exécuter simultanément, sur des processeurs différents, des instructions relatives à un même programme. Cela se traduit par le découpage d'un programme en plusieurs processus traités en parallèle afin de gagner en temps d'exécution.
Ce type de technologie nécessite toutefois une synchronisation et une communication entre les différents processus, à la manière du découpage des tâches dans une entreprise : le travail est divisé en petits processus distincts, traités par des services différents. Le fonctionnement d'une telle entreprise peut être très perturbé lorsque la communication entre les services ne fonctionne pas correctement.
Le pipeline
Le pipeline (ou pipelining) est une technologie visant à permettre une plus grande vitesse d'exécution des instructions en parallélisant des étapes.
Pour comprendre le mécanisme du pipeline, il est nécessaire au préalable de comprendre les phases d'exécution d'une instruction. Les phases d'exécution d'une instruction pour un processeur contenant un pipeline « classique » à 5 étages sont les suivantes :
- LI : (Lecture de l'Instruction (en anglais FETCH instruction) depuis le cache
- DI : Décodage de l'Instruction (DECODe instruction) et recherche des opérandes (Registre ou valeurs immédiate)
- EX : Exécution de l'Instruction (EXECute instruction) (si ADD, on fait la somme, si SUB, on fait la soustraction, etc.)
- MEM : Accès mémoire (MEMory access), écriture dans la mémoire si nécéssaire ou chargement depuis la mémoire
- ER : Ecriture (Write instruction) de la valeur calculée dans les registres.
Les instructions sont organisées en file d'attente dans la mémoire, et sont chargées les unes après les autres.
Grâce au pipeline, le traitement des instructions nécessite au maximum les cinq étapes précédentes. Dans la mesure où l'ordre de ces étapes est invariable (LI, DI, EX, MEM et ER), il est possible de créer dans le processeur un certain nombre de circuits spécialisés pour chacune de ces phases.
L'objectif du pipeline est d'être capable de réaliser chaque étape en parallèle avec les étapes amont et aval, c'est-à-dire de pouvoir lire une instruction (LI) lorsque la précédente est en cours de décodage (DI), que celle d'avant est en cours d'exécution (EX), que celle située encore précédemment accède à la mémoire (MEM) et enfin que la première de la série est déjà en cours d'écriture dans les registres (ER).
Il faut compter en général 1 à 2 cycles d'horloge (rarement plus) pour chaque phase du pipeline, soit 10 cycles d'horloge maximum par instruction. Pour deux instructions, 12 cycles d'horloge maximum seront nécessaires (10+2=12 au lieu de 10*2=20), car la précédente instruction était déjà dans le pipeline. Les deux instructions sont donc en traitement dans le processeur, avec un décalage d'un ou deux cycles d'horloge). Pour 3 instructions, 14 cycles d'horloge seront ainsi nécessaires, etc.
Le principe du pipeline est ainsi comparable avec une chaîne de production de voitures. La voiture passe d'un poste de travail à un autre en suivant la chaîne de montage et sort complètement assemblée à la sortie du bâtiment. Pour bien comprendre le principe, il est nécessaire de regarder la chaîne dans son ensemble, et non pas véhicule par véhicule. Il faut ainsi 3 heures pour faire une voiture, mais pourtant une voiture est produite toute les minutes !
Il faut noter toutefois qu'il existe différents types de pipelines, de 2 à 40 étages, mais le principe reste le même.
Technologie superscalaire
La technologie superscalaire (en anglais superscaling) consiste à disposer plusieurs unités de traitement en parallèle afin de pouvoir traiter plusieurs instructions par cycle.
HyperThreading
La technologie
HyperThreading
(ou Hyper-Threading, noté HT, traduisez HyperFlots ou HyperFlux) consiste à définir deux processeurs logiques au sein d'un processeur physique. Ainsi, le système reconnaît deux processeurs physiques et se comporte en système multitâche en envoyant deux thréads simultanés, on parle alors deSMT
(Simultaneous Multi Threading). Cette « supercherie » permet d'utiliser au mieux les ressources du processeur en garantissant que des données lui sont envoyées en masse.Multi-coeur
Un processeur multi-coeur est tout simplement un processeur composé non pas de 1 mais de 2 (mais égalment 4, 8 ou 16) unités de calcul. Ainsi, pour un processeur bi-coeur (ou DualCore) le processeur dispose à fréquence d'horloge égale d'une puissance de calcul deux fois plus importante. Pour autant, le gain n'est pas systématiquement visible. En effet, il faut que les logiciels et les systèmes d'exploitation sachent gérer correctement ces processeurs afin qu'un gain significatif soit perceptible. Ainsi, sous Windows, seul Vista et Sept exploitent correctement ces processeurs. Dans ce cas, la version 64 bits est conseillée.