LES MICROPROCESSEURS

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1 LES MICROPROCESSEURS INTRODUCTION - HISTORIQUE C'est en 1971 que les ingénieux ingénieurs de la firme Intel commercialisèrent leur premier microprocesseur, le modèle i4004. Un microprocesseur (ou CPU, central processing unit) est un circuit intégré très sophistiqué : une minuscule plaquette de silicium comprenant l équivalent d une énorme quantité de composants électroniques hyper-miniaturisés, essentiellement des transistors : de 2250 transistors dans le i4004, on est passé à plus de 5,560 milliard dans les processeurs actuels (Xeon E v3 vendu à +ou- 7174$). La miniaturisation a également fait d énormes progrès : actuellement, la distance qui sépare deux transistors est de 0,022 micron (bientôt 0,014 micron!). Contrairement aux autres composants électroniques qui effectuent toujours la même tâche, le microprocesseur est un circuit programmable : on peut lui faire exécuter de nombreuses opérations (qui lui sont dictées par les logiciels). Il fut conçu pour servir de "cerveau à calculettes" et il servi également dans d'autres domaines, comme la programmation de signaux lumineux et d ascenseurs, par exemple. Suite au succès de ce microprocesseur, les ingénieurs d'intel se remirent au travail pour en créer d'autres, plus puissants, qui pourraient également être utilisés dans le domaine de l'informatique, notamment le célèbre i8080 (fonctionnant avec des registres 8 bits et pouvant adresser jusqu'à 64K de mémoire au maximum -voir plus loin-), qui fut utilisé dans beaucoup de micro-ordinateurs de la première génération ( ). Citons également une autre société concurrente, Motorola, concurrente d Intel dès 1971, qui lança en 1979 sa famille des microprocesseurs (et ses successeurs) qui ont équipé essentiellement les ordinateurs de la gamme MacIntosh d Apple pendant plusieurs années (aujourd hui les «Mac» utilisent aussi les microprocesseurs d Intel). Intel est toutefois resté le plus important fabricant de microprocesseurs (ou «fondeur») pour micro-ordinateurs, et ceci grâce à IBM qui, en 1979, sélectionna son modèle i8088 pour son premier micro-ordinateur de la gamme «IBM PC» commercialisé en 1980 et qui fut aussi utilisé par la suite par la plupart des fabricants de machines dites «compatibles PC», avec le succès que l'on sait. Le 8088 est en fait une version simplifiée du i8086 (créé en 1978), trop sophistiqué et coûteux à l'époque pour être utilisé dans la fabrication d'ordinateurs personnels abordables. Evidemment, les "têtes" d'intel n'ont pas chômé. Les ingénieurs ont continué à développer la famille du 80x86, jusqu au Core i7, i5 et i3, les derniers-nés d Intel, et d autres modèles sont en préparation. Aujourd hui, seules quelques autres sociétés qu Intel conçoivent des microprocesseurs pour micro-ordinateurs (n oublions pas que les mainframes utilisent aussi des µp, ceux-ci n étant généralement pas conçus par Intel). Dans le domaine des micro-ordinateurs compatibles IBM, seule la société AMD peut actuellement être considérée comme un «féroce» concurrent d Intel. De nombreux fabricants de machines compatibles PC les utilisent désormais aussi. Les micro-ordinateurs noncompatibles PC, quant à eux, comportent des processeurs provenant de chez Motorola, IBM, et parfois même aussi Intel. 1

2 Familles de microprocesseurs Une famille de microprocesseurs est l ensemble des modèles de microprocesseurs qui peuvent exécuter le même jeu d'instructions de base. Ce jeu d'instructions est un minimum commun et souvent les processeurs les plus récents d'une famille présentent de nouvelles instructions qui ne sont pas toujours mises à profit par souci de compatibilité avec les autres processeurs de la famille. Par exemple le code actuel dit x86 est en fait du code x386 qui ne fonctionnerait pas sur des processeurs x286. Il existe plusieurs familles de microprocesseurs : La famille la plus connue par le grand public est la famille x86, développée principalement par les compagnies Intel, AMD, VIA et Transmeta. Les deux premières compagnies dominent maintenant le marché et elles fabriquent la plus grande partie des microprocesseurs pour micro-ordinateurs. La compagnie Intel équipe également les microprocesseurs pour les micro-ordinateurs Macintosh depuis Les microprocesseurs PowerPC d'ibm et de Motorola équipaient jusqu'en 2006 les microordinateurs Macintosh (fabriqués par Apple). Ces microprocesseurs sont aussi utilisés dans les serveurs de la série d'ibm. Pour les consoles de jeux, un microprocesseur dérivé du PowerPC (nom de code Broadway) équipe la Wii, un autre dérivé à trois cœurs équipe la Xbox 360, quand à la Playstation 3, elle est équipée d'un processeur différent, le Cell, dérivé du POWER4, pourvu d'un cœur principal et de huit cœurs spécifiques. Le microprocesseur 6502 de la compagnie MOS Technology a servi à fabriquer le célèbre Apple II. Le microprocesseur Zilog Z80 a été largement utilisé dans les années 80 dans la conception des premiers micro-ordinateurs personnels 8-bits comme le Radio Shack TRS-80, les Sinclair ZX80, ZX81, ZX Spectrum, le standard MSX, les Amstrad CPC et plus tard dans les systèmes embarqués. La famille 6800 de la compagnie Motorola. La famille de Motorola animait les anciens Macintosh, les Megadrive, les Atari ST et les Commodore Amiga. Parmi les familles moins connues du grand public : La famille Sparc anime la plus grande partie des serveurs et stations de travail de Sun Microsystems. La famille PA-RISC de HP et VLSI Technology, anime les anciens serveurs et stations de travail de HP, remplacée aujourd'hui par la famille IA-64. La famille IA-64 de HP et Intel, apporte l'architecture 64 bits aux serveurs et stations de travail de HP. La famille MIPS anime les stations de travail de Silicon Graphics, des consoles de jeux comme les PSOne, les Nintendo 64 et des systèmes embarqués, ainsi que des routeurs Cisco. Les familles ARM, Qualcomm et Texas Instruments (OMAP) sont de nos jours utilisées dans les systèmes embarqués, dont de nombreux Smartphones et Tablettes. 2

3 LES MICROPROCESSEURS D INTEL Intel a été fondé en 1968 par Bob Noyce et Gordon Moore. Numéro un mondial du circuit intégré semi-conducteur, Intel est aussi un fabricant de premier plan de produits informatiques pour les réseaux et les communications. Les sites Internet d Intel proposent des contenus localisés pour de nombreux pays : Informations sur les produits, solutions et stratégies, programmes, support, etc. ( Le tableau suivant décrit les principales caractéristiques des microprocesseurs fabriqués par Intel et montre la fulgurante évolution des microprocesseurs autant en augmentation du nombre de transistors qu en augmentation de puissance. Date Nom Transistors Gravure (µm) Fréquence MIPS (1) MHz 0, MHz 0, ,5 6 MHz ,5 16 MHz MHz Pentium ,8 60 MHz Pentium II , MHz Pentium III «!!!» , MHz Pentium 4C ,18 1,5 GHz Pentium 4D «Prescott» ,09 3,6 GHz Core 2 Duo ,065 2,4 GHz (E6600) Core 2 Quad 2008 Core 2 Quad (Penryn) 2* * ,065 3 GHz (Q6850) 2* ,045 3,2 GHz (QX9770) ~2* Intel Core i7 (Nehalem) ,045 3,2 Ghz (Core i7 Extreme Edition 965) 2009 Intel Core i7 (Lynnfield) ,045 2,93 Ghz (Core i7 870) Intel Core i7 (Gulftown) ,032 3,33 GHz (Core i7 980X) Core i7-2600k (Sandy Bridge) ,032 3,4 GHz 2012 Core i ,022 3,9 GHz 2013 Core i ,022 3,9 GHz 2014 Core i ,022 4 GHz 2015 Core i7-5960x ,022 4 GHz (1) MIPS = Millions d instructions par seconde

4 LES MICROPROCESSEURS D AMD ET VIA Fondée en 1969 et implantée à Sunnyvale, Californie, AMD fabrique des microprocesseurs, des dispositifs à mémoire Flash et des solutions à base de puces pour ses clients du monde entier travaillant dans les secteurs de l informatique et de la communication. AMD possède des unités de production aux Etats-Unis, en Europe, au Japon et en Asie, ainsi que des bureaux dans les principales villes du monde. AMD est une multinationale à part entière qui réalise plus de 70% de son chiffre d'affaires à l international. ( En 2011, AMD pointe à la 11 e place des 20 plus grands fabricants de semi-conducteurs, derrière Intel, Samsung Electronics, Toshiba, Texas Instruments, Qualcomm, Il est par contre le deuxième fournisseur de microprocesseurs pour ordinateur PC (architecture x86) après Intel. AMD occupe également la troisième place sur le marché des GPU derrière Intel et Nvidia depuis l'acquisition d'ati. Cyrix fut pendant un moment perçu comme le troisième grand nom du processeur pour PC. Alors qu'amd commençait timidement à se démarquer d'intel, Cyrix avait en effet sorti des produits plutôt performants et bon marché. Hélas, l'unité de calcul en virgule flottante de ses CPU était désastreuse alors même que les jeux 3D prenaient leur essor. La sanction fut immédiate et Cyrix ne dû son salut qu'au rachat par VIA, bien décidé à faire quelque chose de cette compagnie mal engagée. Depuis ce rachat, on ne peut pas dire que Cyrix ait tellement fait parler de lui. VIA a tout d'abord renommé la compagnie en C3 et s'est finalement mis en tête de produire des processeurs à petit prix et surtout très peu gourmands. L'objectif poursuivi était double : mettre sur le marché des solutions tout-en-un accessibles à tous et ne nécessitant qu'un refroidissement minimum pour faire le moins de bruit possible. D'autres fabricants qu'intel proposent donc des microprocesseurs de type 80x86. Ce sont les "clones" (copies ou imitations) des µp Intel. Ils existent depuis le tout début de la saga des 80x86 : il y avait déjà des clones du 8088 et du 8086, conçus d'ailleurs à l'époque avec la bénédiction d'intel, car ses usines ne parvenaient pas à répondre à la demande. Par contre, par après, une fois qu'elle avait ouvert de nouvelles usines, Intel a toujours essayé de mettre des bâtons dans les roues des fabricants de µp, afin de garder une position dominante sur le marché. Jusqu'à la famille des 486, les clones avaient, à vitesse égale, des performances ± égales à celles de leur équivalant d'intel. Par contre, à partir de la famille des Pentium, il y a des différences beaucoup plus nettes : la plupart des clones dépassent Intel pour certaines fonctions, mais sont moins performants pour d'autres fonctions. Il faudra donc faire un choix judicieux en fonction de l'utilisation de l'ordinateur (et du portefeuille!). 4

5 Les trois fondateurs d Intel (Andy Grove, Robert Noyce et Gordon Moore) posant devant le schéma du i8080 en PRINCIPALES FONCTIONS DES MICROPROCESSEURS Pour pouvoir différencier les différents microprocesseurs Intel et leurs compatibles (et éventuellement les comparer à d autres gammes de microprocesseurs), il faut avant tout tenir compte des caractéristiques principales de chaque modèle. Un processeur comporte plusieurs «zones» qui correspondent chacune à une fonction de traitement bien précise. Bien entendu, les microprocesseurs les plus récents et donc les plus performants comportent plus de zones/fonctions que les anciens modèles. La photo ci-contre vous montre les différentes zones du Pentium III d Intel. La taille réelle de ce circuit intégré est d environ 1 cm² et il comporte, pas moins de 28,1 millions de transistors! Chaque nouvelle génération de µp comporte de plus en plus de transistors (les processeurs les plus récents de la famille x86 en comportent plus de 2,6 milliard), consomme de moins en moins d énergie et essaye de dégager moins de chaleur grâce à l amélioration des techniques de gravure et du matériel employé. La finesse de gravure actuelle est de 0,022 micron (le diamètre d'un cheveu peut varier de 40 à 100 micromètres). Voici les principales zones/fonctions que l on peut trouver dans un microprocesseur. 5

6 LES REGISTRES Les registres sont la partie du microprocesseur dans laquelle les informations ou instructions sont traitées (donc momentanément stockées et/ou transformées). C est vraiment le noyau du microprocesseur. Tout µp dispose d un certain nombre de registres dont certains peuvent servir à effectuer différentes opérations, et dont d autres sont plus particulièrement prévus pour une opération précise. Bien entendu, plus on peut stocker de bits dans chacun de ces registres, plus d'informations ou d instructions le microprocesseur sait y traiter en un temps donné. 8086, 8088 et : registres 16 bits , 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III et Pentium IV : registres 32 bits (certains modèles ont toutefois quelques registres spécialisés d une largeur de 64 ou 128 bits, voir plus loin). Pentium IV et supérieur : registres 64 bits (128 pour l Itanium 2). Attention cependant : Pour que ces registres soient pleinement utilisés, il faut aussi employer des logiciels écrits en «code 32 bits ou 64 bits». Pour des raisons de compatibilité avec les plus anciens microprocesseurs et avec le système d exploitation DOS (et Windows jusqu'à sa version 3.x), la majorité des logiciels présents sur le marché jusqu en 1996 étaient essentiellement écrits en code 16 bits (le plus connu des softs 16 bits étant le MS-DOS lui-même!). Le même problème se pose désormais pour les microprocesseurs x86 à 64 bits. Remarque : depuis quelques années, il existe déjà des microprocesseurs 64 bits, voire même 128 bits (pour consoles de jeu), mais ceux-ci sont incompatibles avec les µp de la famille x86. LE BUS DE DONNÉES INTERNE Le «bus de données interne» est le nom donné aux «voies de communications internes» du processeur : ce sont les «pistes» (à l intérieur du µp) qui lui permettent de transporter les impulsions électriques d une zone à l autre. La «largeur maximale» du bus de données (car il est parfois rétréci dans certaines parties du µp) est de : 16 bits sur les 8086, 8088et bits sur les et bits sur le Pentium + de 300 bits sur les Pentium Pro, Pentium II, III, IV et supérieur Bien entendu, plus le bus de données interne du µp est large, plus d informations il pourra transporter simultanément d une zone à l autre et il sera donc plus «productif». LE BUS DE DONNÉES EXTERNE (FRONT SIDE BUS ou FSB) Le bus de données externe c'est en quelque sorte la «porte de communication» du microprocesseur avec l'extérieur (c-à-d les autres éléments de l'ordinateur, et surtout la mémoire RAM). C'est un circuit relié à un certain nombre de broches (pattes) ou de contacts du µp, qui sont elles-mêmes reliées aux pistes de la carte-mère qui transmettent les impulsions (bits représentant des informations ou des instructions) aux différents composants du PC. Bien entendu, plus le bus de données est large (donc plus il y a de pistes possibles), plus de bits peuvent être transportées en un temps donné de l intérieur vers l extérieur du µp et vice-versa : 8 bits. 8086, et 80386SX : 16 bits DX et : 32 bits. Pentium, Pentium Pro, P II, P III et P IV et supérieur jusqu en 2008 : 64 bits. (Pour les Core i3, i5, i7 : Utilisations du DMI, DMI2 ou QPI, voir plus loin dans le cours) 6

7 LA LARGEUR DU BUS D'ADRESSES L'ordinateur traite donc les informations dans les registres du microprocesseur. Ces informations sont transportées dans le PC via le bus des données. Mais d'où viennent-elles avant de passer dans le microprocesseur et où vont-elles lorsqu elles le quittent? Par exemple, d'une zone de la mémoire RAM vers le port parallèle (l'imprimante), ou de la RAM vers les registres, ou encore d'une zone de la RAM vers une autre zone de la RAM, etc. Pour envoyer les impulsions électriques vers le composant ou périphériques adéquat et pour savoir d où proviennent les impulsions qu il reçoit, le microprocesseur utilise des adresses : chaque périphérique du PC (élément capable de stocker ou traiter des données) porte une ou plusieurs adresses : le contrôleur des lecteurs de disquettes, le contrôleur du disque dur, la carte vidéo, les interfaces série, les interfaces parallèles... et, bien entendu, chaque "cellule" de mémoire vive (RAM). Lorsqu il doit envoyer une donnée à un autre composant du PC, le microprocesseur place cette donnée sur le bus de données externe (décrit ci-dessus) et, simultanément, il place l adresse de ce composant sur le bus d adresses, qui est également un circuit relié à une série de pistes sur la carte-mère. Bien entendu, plus le bus d adresses est large, plus d adresses différentes seront possibles. Dans les ordinateurs compatibles PC, une zone d'adresses d'une largeur de 384K (soit adresses différentes) a été réservée (en principe) pour la plupart des périphériques (les contrôleurs de disque, les interfaces d'entrée/sortie, le circuit vidéo...). Quant au reste des adresses disponibles, il sert uniquement à adresser la mémoire centrale (la RAM). Donc, plus le microprocesseur est capable de gérer d'adresses, plus de RAM on pourra placer dans l'ordinateur. La quantité maximale de RAM que l'on peut utiliser sur un ordinateur équipé d'un microprocesseur 80x86 est donc toujours égale au nombre d'adresses possibles au maximum moins 384 KB. 8086, 8088 : 20 bits, soit 1 MB d adresses possibles (et donc max. 640 KB de RAM) et 80386SX : 24 bits, soit 16 MB d adresses max. (et donc max. 15 MB 640 KB de RAM) 80386DX, et Pentium : 32 bits, soit 4 Gigabytes d adresses max Pentium Pro, Pentium II, Pentium III et Pentium IV : 36 bits, soit 64 Gigabytes d adresses max. Pentium IV (Registres à 64 bits): 40 bits, soit 1 Terabyte d adresses max. Remarque : les cartes-mères Pentium (ou supérieures) actuelles ne sont pas prévues pour accueillir tant de RAM. Elles sont physiquement limitées par le nombre d emplacements pour la mémoire, le type de barrettes de mémoire accepté et la qualité du chipset installé sur la carte-mère (la plupart des cartesmères Pentium, par exemple, ne peuvent accepter que 128 MB de RAM au maximum et la plupart des cartes Core 2 ou Core i7 actuelles sont limitées à 32 GB de RAM, voire moins.). (Pour les Core i3, i5, i7 : Limitation en fonction du modèle du microprocesseur, voir plus loin dans le cours) LA QUANTITÉ MAXIMALE DE MÉMOIRE VIRTUELLE Ci-dessus, nous parlions de mémoire réelle, physique, dont on peut connaître la quantité par le nombre et le type de puces ou barrettes de mémoire se trouvant dans l'ordinateur. Mais, en plus de cette mémoire "réelle", certains microprocesseurs de la famille 80x86 sont capables d'utiliser, sous certaines conditions, de la "mémoire virtuelle". Grâce au circuit de mémoire virtuelle, le microprocesseur peut faire croire aux logiciels qu'il y a plus de mémoire qu'il n'y en a vraiment (en utilisant de l espace disque pour simuler de la RAM), ce qui permet d utiliser de plus gros programmes et/ou de faire du multitâche. Les modèles 8086 et 8088 sont dépourvus de circuit de mémoire virtuelle et 80386SX : maximum 1 Gigabyte de mémoire virtuelle DX au et Pentium IV (Registres à 32 bits) : maximum 64 Térabytes. Pentium IV (Registres à 64 bits) : 256 Térabytes! 7

8 LES DIFFÉRENTS MODES DE FONCTIONNEMENT Les microprocesseurs 8086/88 n avaient qu'un seul mode de fonctionnement, que l'on a baptisé "réel" par après quand est né le qui possède un second mode de fonctionnement (on a gardé le mode réel dans tous les µp x86 pour qu ils restent entièrement compatibles avec les modèles précédents et avec le bon vieux MS-DOS). Le mode réel ne permet que l'utilisation de 640 KB de mémoire RAM au maximum (et pas de mémoire virtuelle) et ne convient pas pour le multitâche (multitasking). Le et ses successeurs sont capables de mieux : on peut également les utiliser en mode protégé. Le mode protégé supprime la barrière des 640 KB de RAM (et permet l usage de mémoire virtuelle) ce qui permet d'utiliser de plus gros logiciels (Windows et ses applications par exemple). En outre, les logiciels sont, dans une certaine mesure, "protégés" contre les erreurs qui pourraient survenir dans l'un d'eux (plantages). Le mode protégé permet donc de faire du multitâche. Il s'est cependant avéré que cette protection n'était pas très efficace. En outre, le système d'exploitation MS-DOS ne gère pas très bien le mode protégé. Conclusion : sous DOS, le mode protégé n'est pratiquement pas utilisé. Il aura fallu attendre l'arrivée de Windows 3.0 pour pouvoir commencer à profiter réellement de cet avantage du (et encore...). Le et ses successeurs restent bien entendu compatibles avec les précédents : ils disposent donc eux aussi des modes réel et protégé. Mais ils peuvent également fonctionner d'une troisième façon : le mode virtuel 86. C'est un «mode protégé amélioré» qui permet au microprocesseur d'émuler la présence de plusieurs processeurs. C'est donc comme si l'ordinateur était équipé de plusieurs microprocesseurs indépendants les uns des autres. Ainsi, si un soft se plante (sur sa "machine virtuelle"), les autres softs peuvent (quand tout va bien!) continuer à fonctionner sans problème. Pour pouvoir utiliser le mode virtuel, il faut un système d exploitation plus performant que le seul MS- DOS. Windows 3.1, par exemple, permet d'utiliser le mode virtuel (lorsqu'il fonctionne en mode 386 étendu ). C'est pour cette raison que vous pouvez utiliser plusieurs programmes DOS simultanément sous Windows, chacun dans sa propre fenêtre, sans trop de risque de planter l entièreté de la machine en cas de pépin. Mais comme Windows 3.x et 9x reposent encore sur le DOS, le risque d un plantage total de la machine reste présent si un plantage survient lorsque le µp fonctionne en mode réel. Pour réduire de risque, il vaut mieux utiliser un OS qui fonctionne à 100% en mode virtuel, ce qui est le cas de tous les OS actuels. Avec les processeurs 64 bits il existe 2 modes appelés : Long Mode : Mode 64 bits natif avec compatibilité 32 bits (des programmes non recompilés peuvent être utilisés sans perte de performance notable). Il nécessite un système d'exploitation 64 bits (ex : Windows 7 64 bits). Legacy Mode : dans ce mode le processeur fonctionne classiquement avec le jeu d'instructions x86, avec tous les systèmes d'exploitation précédents comme MS-DOS et Windows non 64 bits. 8

9 LES VITESSES DE FONCTIONNEMENT INTERNE ET EXTERNE DU µp Chaque microprocesseur de la famille i80x86 et compatibles est disponible en plusieurs vitesses de fonctionnement différentes, cette vitesse étant exprimée en Mégahertz ou Gigahertz. (millions/milliard d impulsions par seconde). Ainsi, les existaient en 6, 8, 10, 12, 16 et 20 MHz, etc... et aujourd hui on a franchi la barrière des 4 GigaHertz! Mais attention : Ne croyez surtout pas qu'un microprocesseur plus récent à 2,4 GHz est moins performant qu'un plus ancien à 3 GHz! Cette vitesse exprimée en MHz ou GHz ne fait qu'indiquer à quelle cadence fonctionne le processeur et non combien d'informations il peut traiter en un temps donné (sa «productivité»). En outre, il faut tenir compte de deux vitesses différentes : la vitesse interne du µp et sa vitesse externe : Vitesse interne = vitesse à laquelle les impulsions sont véhiculées à l intérieur du cœur du processeur (c est cette vitesse qui est affichée comme principal argument de vente du processeur) Vitesse externe = vitesse à laquelle les impulsions sont exportées/importées vers/de l extérieur du µp (les autres circuits de la carte-mère) donc la vitesse du transport des bits sur le bus externe (FSB, QPI, DMI) Autrefois, la vitesse interne et externe était identique, donc un 386 DX-33 avait une fréquence interne et externe identique, à 33 MHz. Mais depuis l époque des 486, les microprocesseurs sont équipés d un circuit multiplicateur de vitesse qui permet d augmenter la vitesse de fonctionnement interne du µp par rapport à la vitesse de fonctionnement externe. Actuellement, le processeur le plus rapide de la famille x86 (avec FSB) tourne à +ou- 4,4 GHz. L utilisation d un multiplicateur de fréquence présente 3 inconvénients : Plus la vitesse du bus externe est élevée, plus la carte-mère est coûteuse. Si les cartes-mères devaient tourner à 4 GHz ou plus, elles seraient inabordables. A l heure actuelle, le bus externe des cartes-mères fonctionne à 66, 100, 133, 166, 200, 233, 266, 333 et 400 MHz (selon la gamme de µp acceptée). On réduit le problème d échauffement de la carte-mère (plus la vitesse est élevée, plus les composants chauffent). Seul quelques circuits doivent être refroidis (et surtout le µp!). On réduit le problème de parasitage des ondes radio induites par des vitesses de fonctionnement élevées. Remarque : Avec beaucoup de processeurs (mais pas tous!), il est possible, si la carte-mère le permet, de faire fonctionner le processeur en «overclocking». Cela signifie qu on lui applique un coefficient multiplicateur plus élevé que celui conseillé (et garanti) par le fabricant du µp. Il fonctionnera donc plus vite que la vitesse indiquée. Toutefois, ceci présente 2 risques : Le µp risque de ne plus être si fiable : Il peut planter de façon inattendue ou faire des erreurs. Sa durée de vie sera sans doute raccourcie, ou il risque même de rendre l âme après quelques instants. Inutile de préciser dans ce cas que la garantie ne jouera pas! AUTRES FONCTIONS Incapable de réaliser une tâche complexe, le processeur ne sait effectuer que des opérations primaires : Faire une addition, entrer une donnée en mémoire, aller chercher une information dans la mémoire, etc. Chaque famille de processeurs est capable de réaliser un nombre limité d'opérations, rassemblées dans le jeu d'instructions. Intel et AMD, les deux plus grands fabricants de processeurs pour PC, utilisent un jeu commun : le X86. Grâce à celui-ci, les processeurs de ces 2 fondeurs acceptent les mêmes logiciels et donnent les mêmes résultats. Toutefois, en complément de cette base, chaque fondeur ajoute à ses puces de nouvelles instructions, destinées à effectuer des calculs particuliers dans le domaine spécifique du multimédia. Du coup, seuls les logiciels faisant appel à ces instructions seront accélérés. Ils sont alors optimisés pour un type de processeur. Les autres processeurs pourront néanmoins réaliser les mêmes tâches, mais ils mettront plus de temps (au lieu d'une seule instruction spéciale, ils utiliseront une suite d'instructions de base). 9

10 Au départ, le microprocesseur n'était qu'un "calculateur super-rapide". Maintenant il est bien plus que cela. Il comporte un tas de circuits supplémentaires (dont certains que l'on trouvait auparavant dans d autres puces de la carte-mère), ce qui a pour conséquence de simplifier la conception des cartes-mères et de faciliter la compatibilité entre machines. En 1984, une carte-mère de PC comportait environ 170 circuits intégrés. En 1987, ce nombre est tombé à environ 70. Certaines cartes-mères actuelles n en comportent plus qu'une grosse dizaine! C est surtout à partir des modèles 486 qu Intel a commencé à intégrer de plus en plus de circuits additionnels dans ses microprocesseurs. Voici les principales fonctions extra que l on trouve sur les µp de la famille i80x86. Le coprocesseur mathématique (ou numérique) Autrefois, le coprocesseur mathématique (ou NPU, numeric processing unit) était un processeur optionnel à ajouter sur la carte mère dans l emplacement vide prévu à cet effet. Il fallait acheter le modèle x87 correspondant (ou un équivalent amélioré, fabriqué par d autres fondeurs). Le rôle du co-pro mathématique est d accélérer les opérations de calculs complexes. Il est particulièrement utile lorsqu on utilise des logiciels de DAO, CAO, des programmes animés en 3D (jeux) ou des tableurs avec des feuilles de calculs complexes. Mais attention : le logiciel en question doit être conçu pour détecter et utiliser le coprocesseur mathématique. Chez Intel, le copro mathématique est d office incorporé aux microprocesseurs 486DX ainsi qu au Pentium et tous ses successeurs (pour lesquels il a d ailleurs été fortement amélioré). La mémoire-cache Même la puce la plus rapide du monde ne pourra travailler seul. Or, aucun des autres composants de l'ordinateur n'atteint les vitesses du processeur, à commencer par la mémoire vive. Pour pallier cette carence, tous les processeurs abritent en leur sein une mémoire appelée cache dans laquelle ils stockent temporairement les données les plus récentes. Lorsqu'elle effectue une opération, la puce va d'abord voir à cet endroit si les informations dont elle a besoin s'y trouvent. Si c'est le cas, elles seront traitées immédiatement. Sinon, elle devra aller les chercher dans la mémoire vive (RAM), beaucoup plus lente. Conséquence, plus la mémoire cache est importante, plus le processeur a de chance de récupérer rapidement ses données et plus il est rapide. Cette mémoire interne comprend plusieurs niveaux, notés L1, L2 et L3 suivant leur proximité par rapport à l'unité de traitement proprement dite. Le processeur accédera plus vite à une information conservée en L1 qu'en L2. En règle générale, plus les puces sont récentes, plus elles ont de mémoire cache répartie sur plusieurs niveaux. La mémoire-cache est donc une technique qui permet de continuer à employer sur les cartes-mères actuelles des puces de mémoire dynamique (DRAM, voir cours sur les mémoires), bon marché, malgré le fait que celles-ci sont beaucoup trop lentes par rapport à la vitesse de travail du µp. La mémoire-cache est constituée d une petite quantité de mémoire statique (SRAM), beaucoup plus rapide que de la mémoire DRAM (mais coûteuse), dans laquelle seront stockées, lors de la lecture en DRAM, les données que le processeur devra probablement traiter dans les instants qui suivent (il y a un circuit de prédiction ). Lors d un cycle d écriture, le µp enverra les données traitées dans la mémoire statique (rapidement) et pourra donc en traiter immédiatement d autres pendant que le contenu de la mémoirecache est ensuite transféré vers la DRAM. Les premiers circuits de mémoire-cache sont apparus sur les cartes-mères du type 386DX (33 et 40 MHz). Il s agissait alors de mémoirecache externe. Intel a décidé, à partir du 486 d inclure également une petite quantité de mémoire SRAM (très performante) dans le processeur (8KB dans les 486, 16 KB dans les Pentium et Pentium Pro et ainsi de suite Remarque : Les mémoires cache L2 et L3 (µp récent) sont aussi intégrées au cœur du µp Certains processeurs «clones» disposent de plus ou de moins de mémoire cache L1/L2 ou L3 que les processeurs d Intel. 10

11 Les Architectures Architecture CISC L'architecture CISC (Complex Instruction Set Computer, soit «ordinateur à jeu d'instruction complexe») consiste à câbler dans le processeur des instructions complexes, difficiles à créer à partir des instructions de base. Elle est utilisée en particulier par les processeurs de type x86 (exemples : AMD, Intel). Ce type d'architecture possède un coût élevé dû aux fonctions évoluées imprimées sur le silicium. D'autre part, les instructions sont de longueurs variables et peuvent parfois nécessiter plus d'un cycle d'horloge. Or, un processeur basé sur l'architecture CISC ne peut traiter qu'une instruction à la fois, d'où un temps d'exécution conséquent. Architecture RISC Un processeur utilisant la technologie RISC (Reduced Instruction Set Computer, soit «ordinateur à jeu d'instructions réduit») n'a pas de fonctions évoluées câblées. Les programmes doivent ainsi être traduits en instructions simples, ce qui entraîne un développement plus difficile et/ou un compilateur plus puissant. Une telle architecture possède un coût de fabrication plus réduit. De plus, les instructions, simples par nature, sont exécutées en un seul cycle d'horloge, ce qui rend l'exécution des programmes plus rapide. Enfin, de tels processeurs sont capables de traiter plusieurs instructions simultanément en les traitant en parallèle (exemple : PowerPC d'ibm). Les Pipelines Un pipeline est une technique de conception des processeurs où l'exécution de plusieurs instructions se chevauche à l'intérieur même de celui-ci. Le premier ordinateur à utiliser cette technique est l'ibm Stretch, conçu en Grâce à un mécanisme de travail à la chaine, le pipeline permet de traiter une instruction avant même de terminer celle en cours. Avec cette technique le processeur peut avoir une fréquence élevé mais au détriment des performances brutes. A fréquence égale, un processeur avec de nombreux pipelines sera moins performant que celui qui en a moins. Le Pentium 4 Prescott d'intel est l'exemple même du processeur contenant énormément de Pipelines (31 étages) avec des performances décevantes. L'augmentation du nombre de pipelines contient aussi un autre inconvénient : Un dégagement de chaleur important. Le circuit de prédiction des branches, l architecture superscalaire (pipeline) et le circuit d exécution dynamique Ces techniques améliorent les performances globales du µp grâce : à la possibilité d accélérer l exécution de certaines instructions (prédiction des branches, à partir du Pentium) à la possibilité d exécuter simultanément plusieurs instructions (architecture superscalaire). Le Pentium et ses successeurs sont capables d exécuter plusieurs instructions par cycle d horloge. A comparer avec le 486 qui ne pouvait exécuter qu une seule instruction par cycle alors que ses prédécesseurs avaient besoin de plusieurs cycles pour exécuter une seule instruction. à la possibilité de réorganiser l ordre d exécution des instructions, donc ne pas suivre le programme à la lettre (exécution dynamique, à partir du Pentium Pro) 11

12 Les circuits d extension multimédia Ces circuits sont une sorte de co-processeur spécialisé dans le traitement d instructions graphiques ou sonores et permettent donc au µp d effectuer (beaucoup) plus vite certaines opérations qui sont souvent employées par certains types de logiciels : logiciels multimédias, programmes de dessins 3D ou animés, jeux en 3D, reconnaissance vocale, création d images animées, retouche photo, encodage/décodage MPEG,... Ces logiciels fonctionneront donc mieux (plus rapidement) sur des machines équipées de processeurs disposant de circuits d extension multimédia. Certains de ces softs ne fonctionneront d ailleurs pas du tout si le µp n est pas équipé du circuit d extension multimédia adéquat. Pour pouvoir bénéficier des avantages d un circuit d extension multimédia, il faut utiliser des logiciels écrits spécifiquement pour le type de circuit d extension multimédia incorporé au processeur (ce circuit ajoute un certain nombre d instructions supplémentaires aux 220 instructions de base existant dans tous les µp depuis les 80386) ou disposer d un OS qui permet de tirer parti de ces nouvelles fonctions. Dans le cas de Windows, il faut y ajouter DirectX, une «couche logicielle supplémentaire». Il existe plusieurs circuits d extension multimédia différents : MMX (Multimedia Extension) : inventé par Intel et présent dans les microprocesseurs Pentium MMX, Pentium II et Celeron jusqu à 500 MHz (attention : pas le Pentium Pro). Le circuit MMX ajoute au µp 8 registres spécialisés d une largeur de 64 bits, et 57 nouvelles instructions. Intel a également vendu les droits de cette technologie à d autres fondeurs qui l ont incorporée à certains de leurs modèles. Streaming SIMD (Single Instruction Multiple Data) (ou SSE) : c est en quelque sorte un «MMX2» mis au point par Intel, qui est intégré à ses processeurs Celeron à partir de 533 MHz et tous les Pentium III. En plus d accélérer encore mieux les instructions 3D que le MMX, ce circuit accélère «de façon significative» (selon Intel) la reconnaissance vocale, l encodage/décodage vidéo (MPEG-2) et le traitement du son selon la norme Dolby AC-3. Le Streaming SIMD ajoute 8 registres de 128 bits et 70 nouvelles instructions (y compris celles du MMX) aux 220 instructions de base du µp. Remarque : pour profiter des fonctions SSE sous Windows, il faut installer DirectX (6.1 ou >). 3D Now! : technologie mise au point par AMD qui l a incorporée à ses processeurs K6-2 et K6-III. Également présent dans les µp de certains autres fabricants comme les WinChip d IDT. Le circuit 3D Now! ajoute aussi 8 registres 64 bits et 21 instructions supplémentaires destinées à accélérer (mieux qu avec MMX) les opérations sur des images 3D (sous Windows, nécessite des logiciels prévus pour, tels que DirectX 6). Enhanced 3D Now! : version légèrement améliorée, présente dans les µp Athlon et Duron d AMD. SSE2 : d Intel. Incorporé aux processeurs Pentium 4 (pour que Windows puisse pleinement en faire usage, il faut installer DirectX 8 ou >). Comporte 144 instructions en tout. 3D Now! Professional : d AMD, circuit présenté comme «concurrent» au SSE2 d Intel en terme de performances (et entièrement compatible avec la première version de SSE), présent dans les processeurs Athlon 4 et Athlon XP (nécessite également DirectX 8 pour Windows). Comporte 107 instructions en tout. Intel reste donc tout de même un peu plus fort dans ce domaine (surtout en ce qui concerne le traitement vidéo). SSE3 : d Intel. Incorporé aux processeurs Pentium 4 non pas 144 ou 70, mais seulement 13 nouvelles instructions. SSSE3 (Supplemental Streaming SIMD Extension 3) : Est le quatrième jeu d'instructions SSE, souvent nommé à tort SSE4. Introduit par Intel dans son architecture Core, le jeu d'instructions SSSE3 est disponible pour les processeurs de la série Xeon 5100 (Serveur et Station de travail) ainsi que les processeurs Core 2 (Ordinateur portable et Ordinateur de bureau). Le jeu d'instructions SSSE3 contient 16 nouvelles instructions par rapport au SSE3. Le Penryn (Core 2 Duo série 8xx0 sorti en janvier 2008) inaugure également le nouveau jeu de 47 instructions, baptisées SSE4, censées améliorer de manière significative les performances multimédias du processeur (notamment de 40% en encodage vidéo avec DivX 6.61 qui exploite les nouvelles instructions). SSE4.1, SSE4.2, AES, AVX (registre de 256 bits), 12

13 Et aussi D autres innovations ont fait leur apparition dans chaque nouvelle gamme de processeurs proposés par Intel et ses principaux concurrents, afin d augmenter leurs performances (globales ou spécifiques à l une ou l autre fonction) par rapport à leurs prédécesseurs ou concurrents fonctionnant à vitesse égale ou afin de réduire leur consommation d énergie et leur dégagement de chaleur. Citons-en quelques-unes : Une sonde thermique qui analyse la température du processeur, ce qui permet de réguler la ventilation du processeur et de prévenir l utilisateur en cas de surchauffe (à condition que la cartemère soit prévue pour cela). Vous trouverez un tel circuit dans les processeurs d Intel et d AMD les plus récents. Remarque : Les cartes-mères sont équipées elles-mêmes d une sonde thermique qui analyse la température à l intérieur du boîtier. PI ROM (Processor Information ROM) : petite quantité de mémoire ROM qui contient des informations sur le processeur telles que son n de série, la date et le lieu de fabrication du µp, etc. (dans la plupart des processeurs d Intel à partir du Pentium III). Une Flash EEPROM dans laquelle le constructeur du PC peut s il le désire, enregistrer des informations, telles que la date de fabrication du PC, par exemple (dans la plupart des processeurs d Intel à partir du Pentium III). Divers systèmes d économie d énergie : depuis de nombreuses années, Intel et les fondeurs concurrents ont intégré dans leurs µp des techniques qui permettent de réduire leur consommation d énergie (et par conséquent la dissipation de chaleur). C est encore plus fréquent pour les portables, afin de ménager leur batterie. Dans les processeurs les plus récents, cette technologie est appelée : EIST (Enhanced Intel SpeedsTep). Intel a également levé le voile sur une nouvelle fonctionnalité baptisée Deep Power Down Technology (DPD). Jusqu'ici les processeurs pouvaient diminuer légèrement la tension du processeur et permettait de mettre certaines parties de la puce en veille comme la mémoire cache. Le DPD permet de réduire énormément la tension et de désactiver quasiment la plupart des compartiments du processeur de manière à lui faire consommer un minimum d'énergie. Cette technologie est bien sûr plus appropriée aux processeurs portables, mais elle est également intégrée aux modèles desktops depuis le Core 2 Quad. Powered by DDR Memory : Le contrôleur mémoire intégré aux processeurs l AMD 64, accélère l'accès aux modules DDR et DDR2/DDR3/DDR4 en fournissant au processeur une connexion directe à la mémoire centrale. À partir de la gamme Core i7, Intel intègre également ce contrôleur (IMC pour Integrated Memory Controller) au sein du processeur, cinq ans après AMD. En effet, on se souviendra que l arrivée des Athlon 64 en septembre 2003 avait été marquée par l incorporation du contrôleur mémoire au sein du processeur. A l époque il s agissait d un contrôleur DDR1, le contrôleur DDR2 ayant été intégré avec le socket AM2 en mai 2006 avant la future arrivée d un contrôleur DDR3 avec le socket AM3 courant De son côté Intel intègre un contrôleur DDR3 ou DDR4 (en fonction des modèles) gérant la mémoire en triple canal (QPI) et double quadruple canal (DMI). Il faut donc 2, 3 ou 4 barrettes identiques pour bénéficier de cette gestion en double, triple ou quadruple chanel. Tout ceci entraîne la disparition du Front Side Bus, le FSB, tel qu on le connaissait. Il est remplacé par la notion de QPI (Quick Path Interconnect) pour le triple chanel et de DMI (Direct Media Interface) pour le double et quadruple chanel. Les CPU intègrent maintenant la technologie EDB (Execute Disable Bit) ou XD, une sorte d'antivirus matériel déjà présent dans les processeurs AMD (EVP ou NX bit) et qui est activable grâce au SP2 de Windows XP. Cette fonction dissocie l'exécution des données et des instructions en mémoire, protégeant le système des virus et Trojan utilisant les failles de type dépassement de tampon : un programme «malicieux» comme le ver Blaster, fait croire au système qu'il envoie des données, alors qu'il envoie du code corrompu. 13

14 Le support VT-x (Virtualization Technology). Présenté pour la première fois par Intel septembre Il embarque une technologie (registres) permettant de faire tourner plusieurs systèmes d'exploitation en simultanément sur la même puce. Le support VT-d prolonge la prise en charge existante de la technologie de virtualisation VT-x en ajoutant une meilleur prise en charge pour la virtualisation des périphériques d'entrés/sorties. Ce qui améliore la fiabilité ainsi que les performances des périphériques d'e/s dans les environnements virtualisés. La technologie de virtualisation VT-x avec tables de pagination (Extended Page Tables), accélère les applications virtualisées qui sollicitent fortement la mémoire. Liste des microprocesseurs Intel depuis le 4 bits 4004 (1971) jusqu'aux gammes actuelles : Tableaux récapitulatifs des technologies embarquées dans les différents microprocesseurs des fondeurs les plus populaires : 14

15 COMMENT EVALUER LES PERFORMANCES D UN MICROPROCESSEUR? Hard - Chris Pour pouvoir comparer un peu plus sérieusement les performances des microprocesseurs que seulement en se basant sur leur vitesse interne/externe, on peut utiliser plusieurs logiciels spécialisés dans les tests de performance brute des µp (tests synthétiques), comme par exemple : 3DMark - Test processeur PCMark - Test processeur ScienceMark Sandra - Test processeur o Tests synthétiques : Sandra, ScienceMark, 3DMark, PCMark, Cinebench,... o Tests applicatifs Applications phare (de retouche photographique, d'encodage vidéo ou MP3, de mathématique, ) avec : 3DSMax, Adobe Photoshop, Mathematica, WinRAR, Encodage video,... o Et des tests dédiés aux jeux avec : Bioshock, Metro, Call Of Duty, Far Cry, Crysis,... Attention : le résultat est toujours influencé par la qualité de la carte-mère (BIOS et chipset), on constate donc des différences selon la carte-mère sur laquelle on teste un µp donné. 15

16 LES DIFFÉRENTS BROCHAGES DES MICROPROCESSEURS Les plus anciens (8086 à 80286) se présentent généralement sous forme DIP (dual inline package) : les traditionnelles puces à 2 rangées de pattes. Certains 286 et 386 se présentent aussi sous forme de circuits à clipser dans un socket carré (PLCC, Plastic Leaded Chip Carrier). La plupart des 386, 486, Pentium, Pentium Pro et Pentium 4 se présentent généralement sous forme PQFP/SQFP (Plastic Quad Flat Package / Shrink Quad Flat Package) où le µp est directement soudé sur la carte-mère par le fabricant (portable). Les Pentium II et III d Intel (et certains de leurs «clones») peuvent se présenter sous forme d une «cartouche SECC» (Single Edge Contact Cartridge) : le processeur se présente alors sous forme d un boîtier rectangulaire (à moitié fermé seulement pour les modèles les plus rapides, afin de faciliter la diffusion de la chaleur), relié à la carte-mère via un connecteur similaire aux connecteurs d extension. Ce connecteur existe en trois versions : PGA (Pin Grid Array) où le µp comporte des broches et est à placer dans un socket (de préférence un socket ZIF -Zero Insertion Force- avec le levier). Il existe plusieurs modèles de socquet PGA, selon la taille des broches, leur nombre, leur écartement, etc. Le socket est le connecteur qui interfère entre la carte mère d'un ordinateur et le processeur. Ce dernier comporte des broches ou pins qui viennent s'introduire dans les trous du socket. Les derniers processeurs Intel, introduits avec le Pentium 4 Prescott, ne disposent plus de pins, les broches sont directement implantées sur la carte mère et le CPU vient se positionner dessus (LGA). Voici des exemples de sockets : Socket 370 Sortie octobre 1999 Socket 423 Sortie novembre 2000 Socket 478 Sortie aout 2001 Socket 775 (T) Sortie juin 2004 Socket 1366 Core i7 Socket 1156 Core i7, i5 et i3 Socket 1155 Core i7, i5 et i3 (Sandy Bridge) 2011 Socket 2011 Core i7 (Sandy Bridge E) 2012 version 1 (Haswell-E) 2014 version 3 Socket 1150 Core i (Ivy Bridge) 2013 (Haswell)

17 Socket 462 (A) Sortie juin 2000 Socket 754 Sortie novembre 2003 Socket 940 Sortie septembre 2003 Socket 939 Sortie juin 2004 Socket AM2 (940pins) Sortie mai 2006 Socket AM2+ (940pins) Sortie fin 2007 Socket AM3 (938pins) Phenon II Socket AM1, FM1, FM2 et FM2 + voir sur le site d AMD : 17

18 La possibilité de faire du multiprocessing (circuit SMP) Hard - Chris Le symmetrical multiprocessing (SMP) est la possibilité de faire fonctionner plusieurs microprocesseurs (identiques) ensemble, sur la même carte-mère. Cette technique existe depuis longtemps dans les mainframes et les mini-ordinateurs (c est d ailleurs pour cette raison qu ils sont si puissants : ils comportent un grand nombre de µp fonctionnant en parallèle). Toutefois, le SMP n était pas possible sur les micro-ordinateurs x86 jusqu'à la création du Pentium. Les µp de la gamme Pentium et supérieurs sont prévus pour le SMP, à l exception des Pentium II Celeron à partir de 500 MHz et sur les Pentium 4 (voir processeur Xeon de Intel). Attention : il faut un système d exploitation prévu pour le multiprocessing (tel que Windows NT 2K(3/8)/XP/Vista/7/8.x, Linux, ) et, de préférence, des logiciels capables d en tirer pleinement parti. Remarques : 1. En ce qui concerne les processeurs «clones x86» (d AMD, Cyrix, etc ), seuls les Athlon Thunderbird et Athlon MP (pour MultiProcessing) d AMD sont prévus pour du SMP (maximum 2 µp, alors que les derniers µp Xeon d Intel et Opteron d AMD peuvent fonctionner à 4, 6, 8, voire plus, en parallèle). 2. La multiplication du nombre de µp ne multiplie pas de façon exacte les performances obtenues, car une partie du gain est consommée pour la gestion des différents processeurs et d autres éléments du PC peuvent également saturer, ce qui réduit les performances. 3. Le Pentium 4 HT se présente physiquement comme ses prédécesseurs et utilise une technologie appeler Hyper-Threading (HT). De la sorte un seul processeur physique peut gérer deux threads (tâches) par cycle d horloge tout comme un système biprocesseurs SMP. Cette intégration de l Hyper-Threading au sein de certains processeurs Core i7 les dote donc de 16 processeurs logiques ou 16 threads. Qu est-ce qu un «thread»? Un thread est une tâche, elle ne peut être suivie que par un cœur à la fois. Autrement dit, un cœur ne peut exécuter qu une seule tâche à la fois. Donc, si un processeur a deux cœurs, deux threads peuvent être exécutés simultanément. Cependant, Intel a créé une technologie appelée Hyper-Threading qui permet à un seul cœur d exécuter plusieurs threads à la fois. Par exemple, un Core i3, qui a seulement deux cœurs, peut exécuter deux threads par cœur (au lieu d un seul normalement) s il possède l Hyper-Threading. Un total de quatre threads peuvent alors être s exécuter simultanément! Ainsi, même si les processeurs Core i5 sont quad-core, s ils n ont pas la technologie Hyper-Threading, le nombre de threads qu ils peuvent traiter en même temps est à peu près égal à celui des Core i3 disposant de l Hyper-Threading. C est l une des nombreuses raisons pour lesquelles les processeurs Core i7 sont si performants. Non seulement ils ont quatre cœurs (voir plus) mais ils prennent également en charge la technologie Hyper- Threading. De plus en plus de logiciels supportent le multitâche (ou multithread). Des logiciels de retouche photos ou de montage vidéo sont multi-threads par exemple. 18

19 4. En mai 2005, on voit apparaitre des processeurs "Dual Core" que ce soit chez Intel et son Pentium D ou chez AMD et son Athlon 64 X2. Cette technique consiste à regrouper deux «Core» de processeur dans un seul die. Les constructeurs et principalement Intel sont dans l'impossibilité de monter en fréquence et l'augmentation des performances passe désormais dans la multiplication des Cores. Un gain de performance se fait ressentir sur des applications qui tirent parti du multitâche, en revanche très peu de gain est visible en monotâche. Ainsi, des fréquences inférieures et une meilleure efficacité par cycle sont redevenues à la mode. Il existe plusieurs architectures Dual Core voir Quad Core. Architecture INTEL Pentium D Architecture AMD Athlon 64 X2 Architecture INTEL Core 2 Duo Cette architecture comporte deux Core contenant chacun leur propre mémoire cache L2. Si au total le processeur contient 2Mo de mémoire, chaque Core disposera de 1Mo. Malheureusement avec une application ayant un énorme besoin de mémoire, seul 1Mo pourra être utilisé. Le deuxième inconvénient vient de l'impossibilité des deux Cores de dialoguer ensemble. Ces derniers ne sont pas reliés en interne et les informations doivent passer par le bus principal (FSB). Ceci provoque un énorme goulot d'étranglement. Les performances en multitâche sont donc bridées, même avec une augmentation du FSB. Exit le FSB au profit d'un lien HyperTransport utilisé en interne pour la communication du CPU avec le reste du système. Un contrôleur mémoire double canal est partagé entre les deux Cores qu'il adresse simultanément. Les deux Cores sont reliés par un contrôleur Crossbar qui aiguille les données ainsi que les demandes du système entre les Cores. Chaque Core dispose ensuite de ses propres unités d'exécution et de sa propre mémoire cache de second niveau. À l'inverse des Pentium D, les Cores peuvent communiquer entre eux à pleine vitesse, sans passer par le FSB. Avec l architecture d'intel (Core 2), le dialogue en interne entre les deux Core devient possible sans passer par le Front Side Bus. Le problème de la mémoire cache est lui aussi réparé, car le cache L2 utilisé est partagé par les deux Core (cette technologie est appelée SMART Cache). Si un Core a besoin de 2 Mo de cache L2 et que l'autre Core n'en a pas besoin, tout le cache sera utilisable par un seul des deux Cores. En pratique, cette architecture offre d'excellentes performances. 19

20 Architecture INTEL Core 2 Quad Avec Le Core 2 Quad, les Processeurs quadri-cœurs sont constitués de deux dies double-cœur chacun. Rappelons en effet que pour être le premier à proposer des processeurs quadri-cœurs, Intel a fait quelques concessions sur le plan architectural. Plutôt que de mettre au point une architecture native dotée de quatre cœurs, le fondeur a préféré reprendre le schéma utilisé en son temps avec le Pentium D en regroupant sur une même puce physique deux noyaux de Core 2 Duo. Chaque noyau étant doté de deux cœurs, la puce est bien au final composée de quatre cœurs. Naturellement ce choix a quelques limites puisque chaque noyau est physiquement isolé. Impossible donc pour le cœur n 1 de communiquer directement avec le cœur n 3 sauf à repasser par le bus système et donc par le chipset, un processus qui est à priori pénalisant dans certains cas. Même chose pour la mémoire cache qui n'est pas totalement mutualisée puisque scindée en deux : chaque noyau dispose de 6 Mo de mémoire cache secondaire (pour «le Penryn»), mais la communication de données entre les caches des deux noyaux exige là encore un passage par le bus système. L architecture du Phenom d AMD Pour le Phenom nous sommes bien en présence d un processeur «quad cores» natif. Les quatre cœurs d exécution du Phenom disposent de 512 Ko de cache L2 chacun et se partagent la cache L3. La communication interne est ensuite prise en charge par le «Crossbar Switch» et le «System Request Interface». Enfin, le double contrôleur mémoire et le contrôleur Hypertransport 3 assurent les entrées et sorties. L architecture d AMD anciennement connue sous le nom de K10 a été renommée Stars. Et à l image de son concurrent, AMD a amélioré ce processeur à tous les niveaux. Le Phenom II d AMD Un mois d intervalle sépare le lancement des processeurs AMD Phenom II sur socket AM2+ des processeurs AMD Phenom II sur socket AM3. Les Phenom II X4 940 et 920 sur socket AM2+ sont compatibles uniquement avec la mémoire de type DDR2. La nouveauté principale de ces processeurs AMD socket AM3 est ce nouveau socket qui apporte le support de la mémoire DDR3 via un contrôleur 128 bits configurable en dual 64-bit. À noter avant d'aller plus loin que par le jeu de broches placées différemment, un Phenom AM2+ n'est pas utilisable sur un socket AM3. A contrario, les Phenom AM3 comportent 938 broches dont la disposition leur permet de prendre place sur un socket AM2+. Pour revenir à la DDR3, rappelons qu'intel supporte la DDR3 depuis mai 2007 avec la sortie du chipset Intel P35 accompagné à l époque du Core 2 Duo E6850. Il aura fallu donc presque deux ans à AMD pour supporter également cette DDR de troisième génération. 20

21 Architecture INTEL Core i7 Les Core i7 inaugurent une nouvelle architecture chez Intel (Core i) qui succède à l architecture Core 2 apparue en juillet Celle-ci est une architecture modulable comme l est celle des Phenom. Les Core i7 sont en effet des processeurs quad-core natifs et non l assemblage de deux die de Core 2 Duo sur un même substrat de silicium. Au niveau du cache, Intel abandonne le cache L2 unifié au profit d un cache L3 accessible par les quatre cores. Cette taille est bien évidemment moindre sur les processeurs dotés de moins de cores mais ce cache L3 a également été implémenté de sorte que sa taille puisse aussi être augmentée le cas échéant. Remarque Le cache partagé dans une architecture multicore est bien évidemment un atout, mais entraine inexorablement un ralentissement si les 4 cores doivent y accéder. Par rapport à l architecture K10 du Phenom qui utilise un cache exclusif, Intel a recours à des caches inclusifs. Un cache exclusif signifie que les données contenues dans le cache L3 ne peuvent pas se trouver dans les autres niveaux de cache et inversement. Chez Intel, c est l inverse, le cache L3 contient des données dupliquées en provenance des caches L2 et L1. Cette façon de procéder améliore bien évidemment les performances, mais nécessite de plus grandes tailles de cache. C est en partie ce qui explique qu Intel dote certains de ses Core i7 de 12 Mo de cache L3 alors que les AMD se contentent de 2 Mo. Turbo Boost Technology Intel a introduit avec le Core i7 la fonction «Turbo Boost Technology». Celle-ci augmente automatiquement la fréquence de fonctionnement d'un ou plusieurs cœurs en fonction de la charge processeur et dans la limite de l'enveloppe thermique maximale admise par le processeur. Quelque peu limitée dans ses premières implémentations, la fonction Turbo Boost a été revue pour les Core i5 et nouveaux Core i7 afin d'être encore plus efficace. Le gain en termes de fréquences de fonctionnement s'opère automatiquement. Le mode «Turbo» des processeurs «Core i» version Sandy Bridge concerne non seulement les cœurs d'exécution x86, mais également la partie graphique. Et ce, de manière intelligente, puisque la puce peut voir ses cœurs d'exécution x86 accélérer quand le GPU ralentit ou inversement 21

22 Différents sockets, pour une seule appellation commerciale Les premiers processeurs Intel Core i7 inauguraient le socket 1366 qui doit son nom au nombre de contacts et qui vont être en contact avec les "griffes" du socket. Ces processeurs sont donc dépourvus de pins, tout comme le sont ceux sur socket 775. Il n'y a guère plus qu'amd à utiliser des broches, fragiles, de connexion au dos du processeur. Ce socket ne reprend pas le même schéma de fixation que le socket LGA775. Certes, il s'agit toujours de quatre trous répartis autour du socket, mais la distance entre eux n'est pas identique. Ceci implique que les ventirads LGA775 ne sont pas compatibles avec le socket Sauf si le fabricant a décidé de mettre au point un système de fixation compatible pouvant être utilisé avec des ventirads existants. 2. Les processeurs de deuxième génération du milieu de gamme d'intel voient le jour sous deux appellations commerciales distinctes. Il y a tout d'abord les Core i5, mais aussi les Core i7. Sous la même marque, en l'occurrence Core i7 (LGA1366), mais adoptant un autre socket le «LGA-1156». Bref le bon sens a visiblement fait défaut aux équipes marketing d'intel en ce qui concerne la dénomination de ces nouveaux processeurs 3. Pour les processeurs utilisant l'architecture Sandy Bridge (1 er génération), Intel inaugure encore un nouveau socket, le socket LGA Le socket LGA-1155 est très proche du LGA-1156 alors que les systèmes de ventilation du précédent sont compatibles avec ce socket. 4. Pour processeurs utilisant l'architecture Sandy Bridge (2 ème génération), Intel inaugure encore un nouveau socket, le socket LGA Alors que la précédente génération de processeurs, l Ivy Bridge (3 ème génération) nous avait épargnée un changement de socket. Le Haswell (4 ème génération) passe au Socket LGA Très franchement, le fondeur aurait pu nous épargner ce choix puisqu'à l'heure actuelle ce ne sont pas moins de cinq sockets qui cohabitent sur l'offre grand public d'intel (LGA-1150, LGA-2011, LGA-1155, LGA-1156 et LGA-1366)! 22

23 INTEL complexifie les Core i7 et Core i5 (Lynnfield) Contrôleur PCI-Express intégré ou Intégration d un cœur graphique À la différence des premiers Core i7, les Core i7 en Socket LGA1156 disposent en effet d'un véritable northbridge intégré. On retrouve, en plus du contrôleur mémoire, un contrôleur PCI-Express ou dans certains modèles comme le «Core i5 661» l'intégration, pour la première fois dans un processeur de bureau x86, de la partie graphique. Ainsi doté d'une solution graphique directement intégrée au processeur. Le graphique intégré au processeur? Pas vraiment! Dans un premier temps, pour réussir à proposer un processeur intégrant un cœur graphique, Intel ressort de ses cartons une recette qu'il connait bien : La juxtaposition de dies. Sur la même puce, Intel réunit le die d'un processeur double-cœur et un die graphique intégré. Graphique et processeur ne sont donc pas encore unifiés, mais plutôt collés côte à côte. Intel Sandy Bridge : Processeurs Core i3/i5/i7 (2011 et 2012) En 2011 Intel lève le voile sur des processeurs intégrant nativement un cœur graphique. Et attention, les puces Sandy Bridge n'ont pas grand-chose de commun avec les précédents : ici processeur et cœur graphique ne font qu'un! AMD fut le premier à évoquer publiquement son projet Fusion, peu de temps après le rachat d'ati, réunissant sur une même puce un processeur et un circuit graphique. Seulement voilà, la firme de Sunnyvale a pris du retard et tandis qu'intel lance la commercialisation de ses puces Sandy Bridge à destination des ordinateurs de bureau et ordinateurs portables. Rappelons que depuis quelques années, on assiste à une course à l'intégration assez impressionnante. AMD et Intel n'ont eu de cesse d'intégrer de plus en plus de fonctionnalités dans leurs processeurs, des fonctionnalités qui autrefois se retrouvaient dans d'autres composants. Le but étant de réduire les coûts et de maximiser les performances. Cela a donc commencé par le contrôleur mémoire, qui a rejoint le processeur d'abord chez AMD et bien plus tard chez Intel, puis le contrôleur PCI-Express avec les processeurs Lynnfield d'intel notamment, et maintenant le circuit graphique. Si le circuit graphique de Sandy Bridge ne remplace par une carte graphique haut de gamme, il s'annonce plus performant que les circuits graphiques d'intel intégrés aux cartes mères. Intel introduit avec Sandy Bridge un nouveau jeu d'instructions : l'avx (ou Advanced Vector Extensions). Pour être clair, il s'agit d'instructions 256 bits utiles à des applications s'appuyant largement sur les calculs en virgule flottante (tout ce qui touche à l'encodage vidéo notamment, aux calculs de rendu 3D ou à l'application de certains filtres gourmands). Une mémoire cache mutualisée! L'architecture Sandy Bridge inaugure une particularité assez intéressante. L'uniformisation de la mémoire cache de dernier niveau, ou LLC (Last Level Cache), qui est partagée entre les cœurs d'exécution x86 et le cœur graphique. Pour le CPU, il s'agit d'une sorte de mémoire L3, mais pas pour le cœur graphique, d'où l'appellation LLC retenue par Intel. Dans une implémentation quadri-cœurs de Sandy Bridge, la mémoire cache de type LLC totalise 8 Mo à 12 Mo. 23

24 Intel Ivy Bridge : Processeurs Core i3/i5/i7 (Fin 2012-mai 2013) Après avoir renouvelé en fin d'année dernière sa plate-forme haut de gamme avec le lancement des processeurs Sandy Bridge Extrême, dont le fer de lance reste à ce jour le Core i7 3960X, Intel fournit une troisième génération de processeurs Core, jusqu'alors connue sous le nom de code Ivy Bridge. Intel propose pour la première fois avec les processeurs Core de troisième génération une finesse de gravure en 22 nm qui va de pair avec un nouveau type de transistor dit Tri-Gate. Une première technologique pour Intel, mais également pour le marché puisque le fondeur est le seul à commercialiser des processeurs gravés en 22 nm. Au-delà de l'aspect fabrication, Ivy Bridge est l'occasion pour la firme d'améliorer par petites touches l'architecture processeur introduite avec Sandy Bridge. Avec Sandy Bridge et plus généralement les processeurs Core de seconde génération, Intel proposait pour la première fois l'intégration au sein du même die (et non un die séparé donc) d'un cœur graphique, le fameux HD 3000, aux performances somme toute très limitées. Ivy Bridge est l'occasion pour Intel de proposer le HD 4000, un nouveau cœur graphique DirectX 11 offrant un gain de performances annoncé entre 20 et 50% face au HD Ivy Bridge est très proche de son prédécesseur, Sandy Bridge, avec un die regroupant quatre cœurs d'exécution x86 et un cœur graphique intégré. Du côté du contrôleur mémoire, si la DDR3 règne toujours en maître et sur deux canaux, Intel a revu à la hausse la fréquence maximale de fonctionnement. Quant au contrôleur PCI-Express, il a été revu pour gérer le PCI-Express 3.0 avec un débit de 8.0 GT/s, toujours sur 16 voies. Si Ivy Bridge n'introduit pas de nouveautés au niveau du Turbo, outre des marges plus importantes en fonction des modèles de processeur, l'innovation est à chercher du côté du TDP, l'enveloppe thermique, qui est maintenant configurable. Traditionnellement, le TDP d'un processeur est fixe et prédéfini par Intel. Impossible de le modifier ou d'aller au-delà. Avec Ivy Bridge, il est possible de le configurer pour aller audelà, à condition de revoir le système de refroidissement. Mais cela fonctionne également dans l'autre sens puisqu il peut être abaissé pour s'accommoder d'un format plus compact. Une fonctionnalité évidemment pensée avant tout pour les fabricants d'ordinateurs portables. 24

25 Haswell Core i de 4ème génération (juin ) La quatrième génération de processeurs Core i. Une génération bâtie autour de la nouvelle architecture répondant au nom de Haswell. Avec Haswell, Intel conserve le procédé de fabrication en 22 nm de la précédente génération de processeurs Core i, mais inaugure une toute nouvelle architecture, laquelle fait la part belle aux économies d'énergie alors qu'elle inaugure un tout nouveau cœur graphique. Contrairement à une vieille habitude, l'enjeu pour Intel avec Haswell n'est pas tant d'améliorer les performances de ses processeurs en matière de calcul. L'enjeu est de rendre ceuxci compétitifs et pertinents à l'heure où l'architecture ARM équipe la quasi-totalité des périphériques mobiles connectés. Car en dehors du marché PC où il règne en maître absolu, Intel s'est fait distancer dans le monde de la mobilité Et la menace désormais bien réelle qui plane au-dessus du géant des semi-conducteurs est de voir croître le nombre de PC, portables ou non, équipés de puces ARM. L'architecture Haswell est cruciale pour la marque puisqu'elle inaugure une nouvelle approche où l'on décline la microarchitecture la plus évoluée vers la consommation électrique la plus faible. Intel TSX : place à la mémoire transactionnelle Du coté des améliorations on retrouve une extension répondant au nom d'intel TSX (Transactional Synchronization Extensions). Il s'agit pour Intel de proposer non pas un nouveau type de mémoire, rassurez-vous, mais une nouvelle façon d'accéder à la mémoire du système selon le principe des transactions. Jusqu'alors la mémoire système est partagée et accessible par l'ensemble des cœurs du processeur avec pour effet la possibilité qu'un cœur modifie le contenu de la mémoire et engendre une corruption des données destinées à un autre cœur. Naturellement, ce problème a été identifié depuis bien longtemps et plusieurs mécanismes notamment logiciels sont censés le contourner, non sans un coût au niveau des performances. Il faudra du temps avant que les développeurs ne tirent profit de cette gestion de la mémoire transactionnelle et qu'on puisse voir les premiers bénéfices dans la pratique. Haswell et les mémoires caches Alors que l'architecture Haswell double le débit des opérations en virgule flottante, les ingénieurs ont revu la bande passante des caches. Elle est doublée au premier niveau, tout comme la bande passante vers la cache de second niveau. Du côté du cache de troisième niveau, Intel apporte des changements significatifs. Rappelons tout d'abord que ce troisième niveau de mémoire cache est partagé entre les cœurs d'exécution x86 et la partie graphique intégrée au processeur. Avec l Ivy Bridge, la fréquence de fonctionnement de ce cache est liée à celle de la partie CPU. Problème, si les cœurs x86 opèrent à des fréquences inférieures au cœur graphique, les performances du cache sont amoindries. Les architectes de l'haswell proposent donc une solution élégante et déjà vue par le passé qui consiste à établir trois contrôleurs de fréquence indépendants. On a donc une fréquence pour les cœurs d'exécution x86, une fréquence pour le cœur graphique embarqué et une fréquence pour le cache de troisième niveau. Haswell, ce qui ne change pas! Côté contrôleur PCI-Express embarqué, Haswell nous propose toujours une gestion du PCI-Express 3.0 sur 16 voies. Du côté du contrôleur mémoire, un contrôleur mémoire double-canal DDR3 opérant avec de la DDR Dans les faits, Haswell supporte sans broncher des mémoires plus rapides. 25

26 La gestion de l'alimentation L objectif numéro un des architectes d'intel lors de la conception d'haswell est bien de diminuer la consommation électrique. Outre cet aspect Haswell améliore la rapidité de transition d'un état de veille à un autre pour les cœurs CPU. L'état d'activité des cœurs x86 est gradué de C0 à C6. Dans l'état C0, le cœur est pleinement actif et en charge, dans l'état C6 il est au repos. Les plates-formes mobiles vont plus loin avec des états C7 et C10. Avec Haswell, la rapidité de transition d'un état de veille à un autre est améliorée de l'ordre de 25%. Un autre changement non négligeable concerne le mode d'alimentation C6. Intel a en effet rendu ce mode plus économe en abaissant l'intensité de courant nécessaire. Alors qu'il fallait précédemment 0,5 A sur le 12 volts pour enclencher le C6, Intel demande maintenant un courant de 0,05A. Petit souci, certains blocs d'alimentation pourtant certifiés ATX 2.3 (avant-dernière norme) ne serait pas capables de descendre aussi bas. Dans le pire des scénarios, on aurait donc une coupure d'alimentation. Il n'en fallait pas plus pour que les fabricants d'alimentation communiquent sur la compatibilité (ou non) de leurs blocs (ATX 2.3 ou 2.4) alors qu'il est possible de contourner le problème en désactivant les C-States les plus économes depuis le BIOS de la carte mère. La partie graphique intégrée Intel profite de cette génération pour améliorer la partie graphique embarquée, baptisée Intel HD Graphics À chaque génération, le fondeur annonce des gains significatifs et Haswell n'échappe pas à la règle. Au niveau de l'architecture, Intel conserve la même microarchitecture graphique inaugurée avec l Ivy Bridge. Quelques améliorations sont tout de même au programme. Intel évoque un débit quatre fois plus important pour certaines opérations. Alors que l'architecture GPU n'évolue que peu, Intel en profite pour ajouter les derniers standards avec la prise en charge des DirectX 11.1, OpenCL 1.2 et OpenGL 4.0. Et comme vu précédemment, le découplage des fréquences de fonctionnement au sein d'haswell profite logiquement à la partie graphique, la fréquence étant maintenant indépendante de celle du processeur. Plate-forme Haswell : un Socket LGA-1150 Chez Intel on aime bien changer de Socket comme on change de chemise. Alors que la précédente génération de processeurs, l Ivy Bridge nous avaient épargné un énième changement de socket, on n y coupe hélas pas avec Haswell. Le Socket LGA-1155 tire donc sa révérence et fait place au Socket LGA Cela signifie donc qu'il faut changer de carte mère pour profiter d'un processeur Core i de quatrième génération. Physiquement, le socket LGA-1150 est identique à ses prédécesseurs hormis bien sûr au niveau du nombre de broches ou encore de l'emplacement des détrompeurs. Bonne nouvelle en ce qui concerne les systèmes de refroidissement : Les trous sont placés à l'identique que pour les Socket LGA-1155 permettant ainsi de recycler son ventirad existant. Plate-forme Haswell : Z87, nouveau chipset de la série 8 Alors que ce changement de socket ne se justifie pas vraiment, Intel propose une nouvelle génération de chipsets à destination des cartes mères. Il s'agit de la série 8 et notamment du Z87. Parmi les nouveautés pour cette génération de chipsets, on retiendra le contrôleur USB 3.0 natif qui peut gérer jusqu'à six ports (contre 4 précédemment) ou encore le contrôleur Serial-ATA 6 Gb/s capable de gérer lui aussi six ports (contre seulement deux précédemment). En revanche petite révolution! Le contrôleur PCI classique est purement et simplement supprimé. Exit donc les slots PCI sur vos cartes mères! Autre petit bouleversement la gestion de l'affichage et de ses interfaces (DisplayPort, HDMI, etc) est déplacé du chipset au processeur. 26

27 Précisons enfin qu'aux côtés du Z87, Intel aligne les déclinaisons avec les B85, H87, Q85 et Q87 avec à chaque fois des caractéristiques différentes. Pour en finir, si l'on regrette le passage à un nouveau socket franchement superflu, les processeurs Core i de quatrième génération s'avèrent convaincants. À défaut de chambouler l'ordre établi, ils confortent Intel en tant que leader des performances alors que les versions de bureau semblent esquisser de véritables gains en termes de consommation. En face, sur le segment x86, la concurrence, autrement dit AMD, ne peut clairement pas lutter ni sur le terrain des performances ni sur celui de la consommation. Reste le prix, plus favorable à AMD en règle générale. 27

28 Haswell-E Core i de 5ème génération (09/ ) Intel lance nouvelle plate-forme haut de gamme. Le fondeur renouvelle son système haut de gamme. Intel nous propose un nouveau chipset, le X99, et une nouvelle gamme de processeurs basés sur la microarchitecture Haswell : les Haswell-E, où le E signifie Extreme. Il fait évoluer son offre haut de gamme en rajoutant des cœurs. Les nouveaux Core i7 5960X sont en effet pourvus de 8 cœurs d'exécution contre 6 précédemment. Intel inaugure par la même occasion un nouveau type de mémoire : La DDR4. Ce n'est pas rien puisqu'il faut remonter à l'année 2007 pour retrouver le précédent changement de mémoire. Déjà utilisée dans le monde serveur, la DDR4 fait donc son entrée sur le marché des PC de bureau, mais là où Intel intronisait la DDR3 sur les machines milieu de gamme en 2007 la marque choisit le très haut de gamme pour la DDR4, un choix qui ne risque pas d'aider à la démocratisation de cette mémoire. Un nouveau socket : LGA 2011-v3 Pour accueillir ces nouveaux processeurs, Intel propose une nouvelle version de son socket LGA-2011 le LGA 2011-v3. Physiquement identique à son prédécesseur, il n'en demeure pas moins incompatible, les détrompeurs ayant changé de place. Les dimensions du socket et sa densité de broches sont maintenues à l'identique par rapport au LGA Le socket LGA 2011 passe la v3 (non il n'y a pas eu de v2!) Intel Core i7 5960X : Le processeur haut de gamme! Gravé en 22 nm, le Core i7 5960X renferme quelque 2,6 milliards de transistors. Les huit cœurs d'exécution x86 se partagent la bagatelle de 20 Mo de mémoire cache de troisième niveau (contre 15 Mo précédemment pour un Core i7 4960X par exemple). Deux paramètres qui expliquent largement le grand nombre de transistors. Un nombre qui n'est pas sans conséquence sur les fréquences de fonctionnement. Le processeur opère à 3 GHz en fréquence de base avec un turbo qui peut grimper à 3,5 GHz. Rappelons que le Core i7 4960X était cadencé à 3,6 GHz avec un turbo atteignant les 4 GHz. En clair, Intel a donc sacrifié la fréquence sur l'hôtel du nombre de cœurs. Un choix qui peut avoir un impact négatif dans les jeux notamment. D'autant plus que les valeurs mentionnées pour le Turbo s'entendent jusqu'à concurrence de deux cœurs. À partir de trois cœurs utilisés (et plus), le Turbo du Core i7 5960X retombe à 3,3 GHz. Attention Intel ne livre plus ses processeurs Extreme avec un ventilateur, libre à vous d'en choisir un optionnel. Conclusion Trois ans après le lancement de la plate-forme X79, Intel renouvelle son offre très haut de gamme avec deux nouveautés de taille : un chipset dépoussiéré et l'avènement d'une microarchitecture déjà éprouvée dans les PC de bureaux, le Haswell. Cette fois-ci le fondeur nous propose même de l'inédit avec l'arrivée de la mémoire DDR4 sur nos PC de bureaux. Comme si cela ne suffisait pas, Intel fait parler les cœurs en poussant son processeur le plus haut de gamme à huit cœurs contre six précédemment. Au-delà de la débauche de moyens, que donne cette nouvelle plate-forme dans la pratique? Des résultats tout simplement excellents dès qu'il s'agit d'applications multithreadés. Les jeux, pour leur part, offrent un bilan plus mitigé. Et pour cause, les jeux ne sont qu'assez peu optimisés multicœurs et restent beaucoup plus sensibles à la fréquence brute. 28

29 Autres appellations commerciales de chez Intel Le Celeron est un microprocesseur d'entrée de gamme produit par Intel. Le premier Celeron a été annoncé en mars 1998 et utilisé pour la première fois en avril pour une version entrée de gamme du Pentium II. L'objectif était à l'époque de proposer une offre entrée de gamme face à la concurrence (AMD K6, Cyrix MII, IDT Winchip...) Le Celeron constitue une version moins performante d'un autre processeur dédiée à une utilisation demandant une puissance d'exécution plus faible à un coût réduit. Cette solution est en effet plus simple et moins onéreuse pour le fabricant que de développer à partir de zéro toute une nouvelle ligne de processeurs. La mémoire cache coûtant très cher et étant facilement modulable en taille, il est facile de proposer un modèle de processeur avec une mémoire cache plus petite. Les Celerons comportent donc souvent une plus petite mémoire cache que le processeur dont ils sont issus. Certaines fonctionnalités pas indispensables au fonctionnement du processeur peuvent également être désactivées. L Atom est une marque d'intel regroupant sous son nom plusieurs microarchitectures destinées aux netbooks, nettops ainsi qu'aux systèmes embarqués (et depuis peu aux smartphones!). De par leurs environnements, ces processeurs sont conçus pour offrir une faible consommation électrique, gage d'autonomie, et par la même un faible dégagement thermique (TDP) favorisant ainsi leur intégration dans des systèmes compacts. Ils sont aussi de taille réduite ce qui a pour effet de réduire leur coût de fabrication. Depuis sa commercialisation, l'atom est devenu un succès commercial au regard uniquement de l'explosion des ventes de netbooks au point qu'il constitue la deuxième source de revenus pour le fondeur. La gamme de microprocesseurs Pentium Dual-Core est composée de microprocesseurs doubles cœur d'entrée de gamme d'intel. Les premiers Pentium Dual-Core ont été des Yonah, en Un microprocesseur Xeon est un microprocesseur dont le jeu d'instruction est x86 et conçu pour les stations de travail et les serveurs informatiques. Le nom «Xeon» est une marque commerciale apparue en avril 1998 pour les Pentium II. D'abord utilisée en association avec la marque Pentium (Pentium II Xeon, Pentium III Xeon), elle a été utilisée seule à partir du Pentium 4 (Xeon 1.4, Xeon 3040, etc.). Les versions Xeon tirent généralement leurs performances supérieures d'une mémoire cache plus grande que les versions grand public des microprocesseurs d'intel. Les différents modèles de processeurs Xeon sont à répartir en plusieurs catégories en fonction du nombre de processeurs fonctionnant en parallèle (mono, bi, quadri, octo) ces catégories correspondant chez AMD aux Opteron. Processeurs très haut de gamme : Extreme, Extreme Edition, EE, E (pour Intel) et FX (pour AMD). Et pour la suite :

30 Intel Core i7 6700k : Skylake Intel lance le Skylake sa toute nouvelle microarchitecture de processeurs. Un lancement loin d'être anodin pour le fondeur puisque les processeurs Skylake incarnent la sixième génération de processeurs Core i. Ce lancement est à voir comme un premier jet, avec deux références proposées à la vente : les Core i7-6700k et Core i5-6600k, vendus respectivement à 350 $ et 243 $. Le reste de la série sera proposé plus tard, en septembre. Ces nouveaux processeurs utilisent un procédé de gravure en 14 nm. Tous deux embarquent 4 cœurs, mais seul le Core i7 bénéficie de la technologie Hyper-threading, qui permet de doubler artificiellement le nombre de cœurs. En revanche, tous deux bénéficient d'un mode Turbo qui permet de faire grimper la fréquence lorsqu'un cœur seulement est sollicité. Sur les générations précédentes, le Turbo permettait de faire grimper la fréquence sur plusieurs cœurs. La fréquence, est assez élevée puisque celle de base est de 4,0 GHz sur le 6700K et de 3,5 GHz sur le 6600K. La fréquence Turbo permet d'atteindre respectivement 4,2 et 3,9 GHz (sur un seul cœur, pour rappel). Enfin, la mémoire cache de troisième niveau (L3) est de 8 Mo sur l'i7 et 6 Mo sur l'i5. L'iGPU (puce graphique intégrée) est pour sa part identique sur les deux processeurs, à savoir un HD Graphics 530. Il s'agit d'un igpu de milieu de gamme. Des igpu plus musclés arriveront plus tard sur d'autres CPU. Encore un nouveau socket! Les processeurs Skylake introduisent un nouveau socket nommé LGA Point de rétrocompatibilité donc et il faudra se tourner vers des cartes mère équipées d'un chipset Z170. Intel espère également pousser la mémoire vive DDR4. Capable de fournir un débit plus élevé, elle est également moins gourmande en énergie que la DDR3. Néanmoins, Skylake est tout à fait capable de fonctionner avec de la DDR3. Les cartes mère Z170 peuvent donc embarquer des ports DIMM DDR3 ou DDR4 ; un point à bien vérifier avant achat. Des performances en (très) légère hausse Les différentes optimisations internes de l'architecture permettent d'observer un gain de 10 % à fréquence également par rapport à la génération Haswell, et ce dans les tests applicatifs. Le gain pratique moyen est en revanche moins élevé puisque de 6,5 % entre un Core i7-4790k et un Core i7-6700k. Entre le Core i5-4670k et le Core i5-6600k, la différence est de 7,8 % en moyenne. Dans les jeux (en utilisant une carte graphique dédiée) la différence est, dans les deux cas, d'un peu moins de 10%. La consommation électrique est en légère baisse avec entre 2 et 5 watts de gagnés au repos et jusqu'à 20 watts en activité. Quant à l'igpu embarqué, force est de constater qu'il ne permettra toujours pas de remplacer une bonne carte graphique d'entrée de gamme si l'on souhaite jouer autrement qu'avec les détails au minimum. Bref, il se destine avant tout à un usage bureautique ou multimédia (HTPC). 30

31 CHIPSETS Qui gère les informations qui circulent au sein de la carte mère? Quoi qu'on en dise, les processeurs manquent parfois de finesse! Ils ne savent que calculer, encore calculer, toujours calculer, sans jamais s'arrêter. Seulement, pour faire tourner un PC correctement, calculer ne suffit pas. Il faut obligatoirement organiser les données et les diriger à bon port, une fois traitées. La communication entre les différents éléments du PC, voilà le rôle essentiel du chipset. Cet élément primordial, soudé à la carte mère, est constitué de deux processeurs qui sont chargés d accompagner le microprocesseur en gérant le transfert des informations qui circulent au sein de la carte mère. Le premier, appelé Northbridge, s'occupe des échanges entre le processeur, la carte graphique et la mémoire vive (ces fonctions sont assurées de + en + par le processeur lui-même). Le second, dénommé Southbridge, prend en charge les échanges de données avec le disque dur, les éventuelles cartes d'extension, le réseau et tous les ports de communication. Le microprocesseur de l ordinateur qui a de multiples tâches à effectuer tout au long d une session de travail a aussi besoin d être épaulé. Le chipset va gérer les bus de l ordinateur et les éléments vitaux qui s y rattachent notamment : Les liens entre le processeur, la mémoire vive, les mémoires auxiliaires, les bus et les différentes cartes d extension Mais comme tout évolue en informatique, depuis quelques années, le chipset comporte un ensemble d interfaces que l on devait, autrefois, se procurer sous forme de carte d extension à insérer dans les slots : l interface USB, l interface FireWire (IEEE 1394), une interface son, une interface réseau, une interface vidéo, etc. Tout comme le microprocesseur, le chipset joue un rôle important dans les performances de la carte mère. En fonction des caractéristiques du chipset, deux cartes mères de même processeur peuvent fonctionner différemment. Autrefois les fabricants de cartes mères concevaient eux-mêmes leurs chipsets. Mais depuis quelque temps plusieurs sociétés se sont spécialisées dans la conception de chipsets (AMD, Intel, VIA, nvidia) pour les plus connues, (SIS, ALI) pour les plus anciens. Voilà pourquoi le choix d'un chipset est de plus en plus important. D'une part, il conditionne la compatibilité de votre nouvel ordinateur avec les dernières innovations, comme une interface de disque dur plus rapide ou un type de mémoire plus véloce. D'autre part, lorsqu'on envisage de la remplacer, il faut changer toute la carte mère, une opération assez lourde. Autant donc, être sûr et le choisir avec soin. Chaque famille de processeurs est liée à une famille de chipsets. Les chipsets pour processeur AMD ne conviennent pas pour les puces Intel et réciproquement. 31

32 Voici une vue d ensemble de plateforme de jeu de puces du chipset Intel X58 et Z77. Remarque : La plupart des chipsets actuels comportent deux puces importantes baptisées Northbridge et Southbridge. Le Northbridge est la partie du chipset qui s occupe essentiellement de la gestion de la mémoire, il est relié à la mémoire centrale et au microprocesseur par le Front Side Bus. À la différence des plus anciens processeurs, les nouveaux disposent en effet d'un véritable northbridge intégré. On retrouve, un contrôleur mémoire, un contrôleur PCI-Express et/ou un cœur graphique. Le Southbridge est la partie du chipset qui s occupe de la liaison avec les connecteurs d extension (slots), avec lesquels il communique et qui comporte toutes les interfaces intégrées au chipset (contrôleur USB, contrôleur Sata etc.). Le Northbridge et le Southbridge sont reliés entre eux par un bus de données. 32

33 LES MÉMOIRES Catégories Deux catégories de Mémoires : Les mémoires de masse ou mémoires auxiliaires (pour stocker de façon permanente les programmes et les données de l utilisateur). Ce sont généralement les disquettes, les disques durs, les CD/DVD, les bandes magnétiques, les cartes mémoire Les mémoires de traitement (utilisées durant le processus de traitement de données ou instructions) pour stocker : Les programmes de base de la carte mère et de certains périphériques ainsi que les informations concernant la configuration de l ordinateur ou des périphériques (ce sont les mémoires Flash et CMOS); Les programmes en cours d utilisation par l utilisateur ainsi que les données qu ils traitent (c est la mémoire RAM). Les types de mémoires de traitement La mémoire ROM et Flash La mémoire ROM (Read-Only Memory = mémoire que l on peut uniquement lire). Cette mémoire n est, en principe, accessible qu en lecture et donc on ne peut pas modifier le contenu. Elle n est pas effacée lorsqu on coupe le courant. On trouve ces genres de mémoires dans les ordinateurs : sur les cartes-mères (anciennement) et sur beaucoup de périphériques. Ces mémoires peuvent contenir les programmes de base indispensables au fonctionnement de l ordinateur ou du périphérique et, parfois, les données de configuration de celui-ci. Évolution de la mémoire ROM est la : Flash EPROM (ou EAROM (Electrically Alterable ROM)) : il y a facilement moyen d en effacer le contenu et de les reprogrammer grâce à un logiciel. Cela permet de rapidement et facilement les mettre à jour en cas de bug (= petite erreur) ou d amélioration du programme qu elles contiennent, ainsi que de les utiliser pour stocker les données de configuration. Toutes les cartes-mères actuelles sont équipées d une Flash EPROM pour le stockage du BIOS et autres programmes apparentés (le programme Setup, etc.). On en trouve également sur certains périphériques. Remarque : Grâce à la simplicité de leur technique de (re)programmation, les mémoires Flash peuvent être utilisées comme des substituts aux disquettes ou disques durs (qui sont des mémoires de masse) : Il existe des disques durs SSD, 33

34 des «cartes de mémoire Flash» (d une taille et d une épaisseur de quelques mm) ou des «bâtons de mémoire Flash» ou «Clé USB» (memory sticks), que l on peut alors utiliser comme mémoire auxiliaire pour toutes sortes appareils électroniques. La mémoire CMOS Il s'agit d'une mémoire vive un peu spéciale dont la consommation électrique est très faible. Ainsi, une petite pile suffit pour éviter l'effacement de son contenu lorsque l'ordinateur est éteint (la plupart des piles tiennent plusieurs années). Toutes les cartes-mères sont équipées d'une petite quantité de mémoire CMOS qui sert à mémoriser les données du Setup c.-à-d. les informations concernant la configuration de base du PC (le type de RAM, µp, disque dur, la date, etc.). Il y en a également dans certains périphériques pour mémoriser leur configuration (ex : Smartphone). 34

35 Les RAM statiques (SRAM) (mémoire-cache) : Il s'agit de puces RAM dont le contenu persiste tant que la tension d'alimentation leur est appliquée. Il ne faut donc pas les rafraîchir périodiquement, ce qui permet des temps d'accès plus courts. Malheureusement, la RAM statique est assez coûteuse. On ne l utilise donc que pour les circuits de mémoirecache qui servent à compenser la relative lenteur de la RAM dynamique (en «prédisant» les données dont le processeur devrait avoir besoin). On trouve des circuits de mémoire-cache SRAM sur les µp récents (avec différents niveaux en fonction des modèles : L1, L2, L3). Il existe plusieurs qualités de circuits de mémoire cache, mais on n a généralement pas le choix puisque c est le fabricant du périphérique ou le fondeur du microprocesseur qui choisit la technologie qu il désire employer. La mémoire RAM RAM = Random Access Memory. C'est de la mémoire dans laquelle on peut à la fois lire et écrire, mais qui s'efface lorsque le courant est coupé (c'est pour cela que l'on dit également qu'elle est volatile). Dans un PC, la RAM est utilisée pour le stockage des programmes (système d exploitation et applications) et des données que l'utilisateur est en train d employer. Mais où trouve-t-on de la mémoire RAM dans un PC? On trouve de la RAM sur différents composants d un PC : Sur la carte-mère (le circuit de «mémoire vive» ou «mémoire utilisateur» ou «mémoire centrale» et le circuit de «mémoire-cache»), Sur la carte vidéo (c est la «mémoire vidéo»), Sur le disque dur («mémoire tampon»), Sur certaines cartes réseau, etc. Sur beaucoup de périphériques externes (imprimantes, graveurs ). Remarque : grâce à la technologie UMA (Unified Memory Architecture), il est possible de partager la mémoire de la carte-mère avec celle de la carte vidéo, ce qui permet de réduire les coûts de la machine, mais réduit les performances (il faut bien entendu un chipset prévu pour le système UMA). Cette technique est surtout utilisée dans les machines «grand public» bon marché de certains PC de marque (portable, netbook). Les RAMs dynamiques DRAM Généralité Il faut comprendre que les différents types de puces de mémoire RAM dites «dynamiques» nécessitent une mise à jour périodique, le rafraîchissement, sans quoi elles finissent par «oublier» leur contenu. Mais cette mise à jour prend évidemment un certain temps, ce qui a pour conséquence que ces mémoires ne sont pas les plus rapides. Elles sont par contre moins chères que les autres types de RAM. Les timings 35

36 Au sein d une barrette de mémoire, les données sont enregistrées dans des cases mémoires. Ces cases sont disposées en lignes et en colonnes. Ainsi, pour connaître le contenu d une case mémoire, le contrôleur mémoire doit connaître ses numéros de ligne et colonne puis y accéder. Cela prend un certain temps, défini par ce qu on appelle les timings de la mémoire vive. Les timings sont au nombre de quatre et représentent des temps d accès précis dans la mémoire. : Dans les caractéristiques d une barrette de mémoire, vous les trouverez notés séparément, ou bien sous forme de listes, telles que ou Il n est pas primordial de connaître précisément la définition de chacun des timings pour choisir sa barrette de mémoire vive. Une chose est sûre, comme ce sont des temps d'accès, ils doivent être le plus petits possible. Le format DIMM (Dual Inline Memory Module) Il existe plusieurs formats de barrettes de mémoire, mais aujourd hui les deux plus répandus sont le DIMM et le SO-DIMM. Le premier est à destination des PC de bureau, le second est quant à lui utilisé pour les ordinateurs portables ou de certains «mini-pc» (ITX). À gauche deux barrettes au format DIMM, à droite deux barrettes au format SO-DIMM Certaines barrettes de mémoire vive sont équipées de radiateurs, leur permettant de refroidir plus rapidement. Les barrettes DIMM affichent des dimensions importantes (130 x 25 mm) et comportent un nombre important de broches de contact (168 broches pour les barrettes DIMM de SDRAM, 184 broches pour celles de DDR-SDRAM, 240 broches pour celles de DDRII et DDRIII et 288 pour les DDRIV). Les barrettes au format DIMM sont capables de gérer des flux de données de 64 bits en provenance du microprocesseur. Ceci correspond justement à la largeur du bus de données couramment utilisé depuis l'apparition des processeurs de cinquième génération. Les barrettes DIMM se placent sur des connecteurs reconnaissables à leur couleur noire ou bleu et aux ergots de fixation situés à leurs extrémités. Les DIMM les plus courantes actuellement ont des capacités de 2, 4, 8GB (attention : vérifier si la cartemère les accepte). 36

37 La SDRAM (Synchronous DRAM) : Elle tente de synchroniser ses moments entrés/sorties avec celles du µp ce qui élimine au maximum les délais d attente (wait states) suite à l augmentation de la fréquence externe des microprocesseurs. Les SDRAM les plus rapides ont un temps d accès de 5 ns à 15 ns. Avantage : elles sont capables de supporter des vitesses de bus supérieures à 66 ou 75 MHz (jusqu à 150 MHz). Mais attention : toutes les barrettes de SDRAM ne sont pas prévues pour les bus à 100 ou 133 MHz (ou 150 MHz). Les barrettes pour le bus à 100 MHz comportent l inscription «PC 100». Les barrettes pour le bus à 133 MHz comportent l inscription «PC 133». Les barrettes les plus anciennes pour bus à 66 MHz ne comportant aucune inscription. La bande passante maximale théorique des SDRAM PC 100 est de 800 MB/seconde et celle des SDRAM PC 133 est de 1,06 GB/seconde. La DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) : C est une technologie mise au point par 8 fabricants de RAM : Elle permet d atteindre un débit max. de 1,6 GB/s (pour les barrettes du type DDR 200 ou PC1600, qui tournent à 100 MHz). De 2,1 GB/s (pour les barrettes du type DDR 266 ou PC2100, qui tournent à 133 MHz). De 2,7 GB/s (pour les barrettes du type DDR 333 ou PC2700, qui tournent à 166 MHz). De 3,2 GB/s (pour les barrettes du type DDR 400 ou PC3200, qui tournent à 200 MHz). Le temps d accès des meilleures DDR SDRAM peut descendre jusqu à moins de 4 ns. Voici les différents types de DDR-SDRAM : Puces Barrettes Fréquence théorique (DDR) Fréquence BUS système théorique Débit DDR 600 PC Mhz 600 Mhz 4.8 Go/s DDR 550 PC Mhz 550 Mhz 4.4 Go/s DDR 533 PC Mhz 533 Mhz 4.2 Go/s DDR 500 PC Mhz 500 Mhz 4.0 Go/s DDR 466 PC Mhz 466 Mhz 3.7 Go/s DDR 433 PC Mhz 433 Mhz 3.5 Go/s DDR 400 PC Mhz 200 Mhz 3.2 Go/s DDR 333 PC Mhz 166 Mhz 2.7 Go/s DDR 266 PC Mhz 133 Mhz 2.1 Go/s DDR 200 PC Mhz 100 Mhz 1.6 Go/s La gestion de la mémoire peut fonctionner en double canal. Une option qui dépend du chipset de la carte mère et doit normalement être signalée dans la documentation. Dans ce mode, le processeur peut écrire ou lire simultanément dans deux modules de mémoires. Ainsi, avec deux barrettes de 512 Mo, le PC sera plus rapide qu'avec une seule barrette de 1 Go. Mais ce type de gestion de mémoire exige que les barrettes soient toutes strictement identiques. La mémoire double canal n était pas une nouveauté en soi. Les serveurs et la mémoire Rambus l utilisent depuis des années. 37

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39 La DDR II SDRAM La DDR-II est la remplaçante directe de la DDR-I dans l'évolution des mémoires, la DDR-II a eu des débuts difficiles. Prévue pour 2002 au départ, elle ne sera finalement adoptée qu'en D'une taille identique aux anciens modules de DDR, le nombre de broches a toutefois été augmenté, passant de 184 à 240. Contrairement au passage SDR vers DDR, le but de la DDR-II n'est pas d'offrir plus de bande passante à fréquence égale que la DDR-I, mais de poursuivre la montée en fréquence. En effet, la DDR-II commence là où la DDR s'arrête officiellement, c'est-à-dire à 200 Mhz (DDR400). De plus, la DDR-II apporte d'autres avantages en termes d'évolution. Ainsi, là où les modules DDR sont limités à des chips de 1 Gbits, la DDR-II permet des modules 2 GB et 4 GB. Arrivée à 200 MHz avec la DDR-I, les cellules mémoires commençaient à souffrir. Solution? Revenir à 100 MHz bien sûr! Mais cette fois, pour maintenir le débit, il fallait doubler la fréquence. La DDR2 PC3200 exploite donc une fréquence interne des cellules de 100 MHz, ces cellules fournissent 4 bits par cycle au Buffer qui fonctionne cette fois à 200 MHz. Le débit pour une fréquence de base de 100 MHz est donc de ((100*4)*64)/8 = 3200 Mo/s. Puces Barrettes Fréquence théorique (DDR) Fréquence BUS système théorique Débit DDR II 1066 PC Mhz 533 Mhz 8,5 Go/s DDR II 800 PC Mhz 400 Mhz 6,4 Go/s DDR II 667 DDR II 533 PC PC PC PC PC PC Mhz 333 Mhz 5,33 Go/s 533 Mhz 266 Mhz 4,27 Go/s DDR II 400 PC Mhz 200 Mhz 3,2 Go/s La DDR III SDRAM Cette mémoire permet une réduction de la consommation énergétique de 40% comparativement aux barrettes de mémoire utilisant la technologie DDR2 SDRAM. Ceci est dû au fait que la DDR3 utilise une technologie de fabrication dite de 90 nanomètres. En effet, pour la DDR3, la tension passe à 1.5 V, alors qu'elle était de 1.8 V pour la DDR2 et de 2.5 V pour la DDR. La mémoire tampon de prélecture pour la DDR3 est d'une largeur de bus de 8 bits, alors qu'elle était de 4 et 2 bits pour la DDR2 et la DDR respectivement. Puces Barrettes Fréquence théorique (DDR) Fréquence BUS système théorique Débit DDR III 2400 PC Mhz 1,2 Ghz 19,2 Go/s DDR III 2133 PC Mhz 1,06 Ghz 17 Go/s DDR III 2000 PC Mhz 1 Ghz 16 Go/s DDR III 1600 PC Mhz 800 Mhz 12,8 Go/s DDR III 1333 PC Mhz 667 Mhz 10,6 Go/s DDR III 1066 PC Mhz 533 Mhz 8,5 Go/s DDR III 800 PC Mhz 400 Mhz 6,4 Go/s La mémoire DDR3, sur deux, trois ou quatre canaux est uniquement opérationnelle sur les cartes mères avec un chipset et surtout un processeur adaptés. Le contrôleur de mémoire de nos processeurs actuels supporte (généralement!) les mémoires supérieurs aux DDR III 1600 mais sera limité en termes de performance à ceux-ci 39

40 La DDR IV SDRAM Avec la sortie du LGA 2011-v3 d Intel et son chipset X99. Nous avons devant nous la première plateforme grand public à utiliser la DDR4. Alors oui tout le monde sait que la DDR4 est une évolution de la DDR3, mais qu est-ce que cela implique? Déjà sur le plan physique, la DDR4 diffère de la DDR3. Elle est légèrement plus haute (31.25 mm contre 30 mm), possède plus de broches (288 contre 240) et le détrompeur n est pas au même emplacement. La DDR4 est donc physiquement incompatible avec la DDR3. La DDR4 est en théorie deux fois plus rapide que la DDR3 (le standard est de 2133 MHz). Bien sûr les kits DDR3 arrivent également à 2133 MHz, voir plus, mais la DDR4 pourra aussi outrepasser ses spécifications au fur et à mesure de l amélioration des procédés de fabrication. On dépasse à l heure actuelle déjà les 3600 MHz. La mémoire est plus dense, ce qui nous permet d avoir des barrettes de plus grosses capacités (16 Go). Et enfin, la mémoire est plus économique, avec une tension de fonctionnement plus faible de 1,2 V (importante pour l autonomie des PC portables). D après les tests, à fréquence égale, la DDR4 est plus rapide que la DDR3. Mais il est clair qu un système équipé de DDR4 en quad channel a un coût! La DDR4 la moins chère plus onéreuse que la DDR3 à capacité et fréquence identique. On ne peut pas dire que la DDR4 soit intéressante sur le plan tarifaire. Attendons une baisse de prix, qui interviendra, on l espère, dans un futur proche. ECC Avec le dispositif de détection et de correction automatique d erreur (dispositif ECC : Error Correcting Code) : Ce système détecte les erreurs éventuelles de façon nettement plus fiable que le dispositif de parité et les corrige automatiquement, sans planter le PC. Il est donc à conseiller dans le cas d une machine qui traite des données «critiques» (organismes financiers, assurances, domaine scientifique et médical ), ou dans le cas d un super serveur. Les mémoires ECC sont toutefois plus coûteuses que celles qui ne disposent pas de cette technique et elles nécessitent une carte-mère avec un chipset prévu pour. Visite d'usine : la mémoire vive chez Kingston : Processus de fabrication des mémoires chez Crucial : 40

41 Autres : Les RAM vidéo : Ce sont également des RAM qui ont été optimisées pour transférer plus efficacement des données du type graphique. On les trouve donc uniquement sur certaines cartes vidéo. Ceci dit, les cartes vidéo actuelles ne les utilisent plus et sont équipées de simple DDRI/DDRII/DDRIII/DDRV. La DDR ou GDDR : Alors que la carte mère du PC se contente de classique DDRI/II/III/IV-SDRAM, la carte graphique utilise déjà de la GDDR3 ou GDDR5 depuis un bon moment, ce qui permet une fréquence de fonctionnement plus élevée sur une largeur de 384 bits afin d'approvisionner à plein régime le processeur graphique. Les cartes emportent désormais des quantités de mémoire démentes (2 Go voir plus de 6 Go) pour stocker les données des textures de plus en plus précises utilisées dans les jeux. Cartes PCMCIA, PC Card ou ExpressCard : de la taille d une carte de banque : utilisées surtout comme extension dans des portables. Bâtons de mémoire (memory sticks) ou Clé USB (dans le langage courant) : Présentation de mémoire (Flash), sous forme de «bâtonnets» à insérer dans un support prévu pour (USB). Même usage que les cartes mémoire. Cartes mémoire : CompactFlash, SD, xd, MemoryStick, SmartMedia, HDSD présent dans certains appareils électroniques (tels que les appareils photo digitaux, les lecteurs MP3, les Smartphones, les Tablettes,.) SSD, pour «Solid State Drive» : Un disque dur constitué de mémoire flash. Ces mémoires sont des éléments immobiles à la différence des disques durs classiques, sur lequel les données sont écrites sur un support magnétique en rotation rapide. Un SSD est moins fragile, ils offrent un temps d accès bien plus court qu un disque dur à plateau, des débits augmentés en lecture et en écriture, ainsi qu une consommation électrique diminuée (voir cours d Arnaud). Quelques conseils : Avant d'installer ou d'ajouter de la mémoire dans un PC, consultez toujours la documentation technique de la carte-mère ou du périphérique sur lequel vous désirez placer/ajouter de la mémoire afin de voir quelles sont les différentes configurations permises ainsi que la quantité et le type de puces à utiliser. N'oubliez jamais que les puces ou barrettes sont regroupées sous forme de «bancs». Évitez de mélanger des puces/barrettes ayant des temps d'accès ou des taux de transfert différents. Vérifiez si le chipset accepte la technologie de mémoire que vous désirez placer Ne mélangez pas des puces de technologies différentes, sauf si la docu de la carte-mère vous y autorise explicitement (toutefois, dans bien des cas, vous risquez alors de perdre le gain de performances apporté par les meilleures, car le système se configurera en fonction des moins performantes). Évitez si possible de mélanger des puces de marques différentes. 41

42 Installation d un DIMM sur votre ordinateur de bureau Hard - Chris Préparez les outils dont vous aurez besoin. Un tournevis non magnétique (pour l ouverture de votre boîtier) Le manuel de votre ordinateur Déchargez-vous de toute électricité statique. L électricité statique peut endommager vos modules de mémoires. Vous devez vous décharger de toute électricité statique. Si vous disposez d un bracelet antistatique conçu à cet effet, mettez-le. Sinon, touchez brièvement la terre d une prise électrique. Ouvrez le boîtier de votre ordinateur. Chaque boîtier d ordinateur est différent ; reportez-vous donc à votre manuel si vous avez des questions sur la façon d'ouvrir votre boîtier. La mémoire pour les imac d Apple est située à l arrière du moniteur. Le manuel de votre imac et le site d Apple contiennent des instructions relatives à l'ouverture du système. Si vous ne l avez pas déjà fait, éteignez l ordinateur. Retirez toutes les vis de maintien du capot de votre ordinateur et retirez celui-ci. Trouvez les logements DIMM. Un ou des clips d'éjection se trouvent à chaque extrémité de chacun des logements de mémoire DIMM (retirez la mémoire à remplacer, si nécessaire). Sortez votre module de son sac antistatique et tenez-le par les bords. Alignez les encoches (détrompeurs) avec celui situé sur le logement DIMM de votre carte mère. (Si les encoches ne s'alignent pas tout de suite, tournez votre module et essayez dans l'autre sens. Enfoncez le module dans le logement avec vos pouces. Une certaine pression est nécessaire pour insérer correctement le module dans le logement. Lorsque vous entendez un «clic» et que le ou les clips d'éjection latéraux se referment autour du module, le module est correctement installé. Avant de refermer votre boîtier, rallumez votre ordinateur. Vous devriez voir la nouvelle quantité de mémoire s afficher sur les écrans de démarrage, dans le Setup du BIOS ou dans les propriétés du «Poste de Travail» Vous avez correctement installé votre nouvelle RAM! Remettez maintenant le capot de votre boîtier en place et rebranchez vos accessoires. Votre ordinateur devrait sans plus tarder fonctionner. 42

43 Installation d un SODIMM sur votre ordinateur portable Hard - Chris Chaque boîtier d ordinateur portable est différent, il est donc conseillé de consulter votre manuel pour savoir où sont situés les logements SODIMM et comment ouvrir cette partie du boîtier de votre ordinateur portable. Les emplacements les plus courants de logements SODIMM sont : Sous le clavier Derrière un panneau d accès placé à l arrière Tenez le module à un angle de 45º par rapport au logement et faites-le glisser pour le mettre en place. Lorsque le module est correctement placé dans le logement, appuyez sur le haut du module jusqu à ce qu il soit couché à plat contre la carte mère et que vous entendiez un clic indiquant qu'il est en place. Si vous rencontrez des difficultés avec votre mémoire RAM, contrôlez d abord les points suivants : Vérifiez les indications du manuel de votre carte mère et/ou de votre portable. Vérifiez les cordons d alimentation. Est-ce que tous les branchements sont corrects? Vérifiez le module. Les deux clips latéraux se sont-ils enclenchés pour maintenir le module fermement en place? Essayez de retirer le module et de le remettre en place pour vous assurer qu il est correctement fixé dans le logement. Vérifiez les fils et les câbles à l intérieur de votre ordinateur. Avez-vous accidentellement débranché un des câbles pendant l'installation de votre module? Il se peut qu'une mise à jour du BIOS soit nécessaire pour que votre ordinateur soit compatible avec les modules de mémoire que vous venez d installer. Si vous obtenez une erreur de mémoire, suivez les instructions pour entrer dans le Setup de votre BIOS puis sélectionnez enregistrer et quitter. (Il ne s'agit pas d'une erreur. Certains systèmes doivent passer par cette étape pour actualiser leurs paramètres de la CMOS)

44 LES BUS Terminologie Attention : la plupart du temps, on a tendance à confondre les termes «bus» et «slot». En ce qui concerne ce cours, il faut cependant bien distinguer les deux : Le terme «bus» désigne les différentes pistes qui sillonnent la carte-mère et qui relient le microprocesseur à la plupart des composants de la carte-mère et aux cartes d extension, ainsi que le circuit qui gère le trafic (le contrôleur de bus, qui fait partie du chipset de la carte-mère). Le terme slot désigne uniquement le connecteur qui est soudé aux bus et dans lequel on insère la carte d extension. Chaque type de bus est prévu pour gérer un nombre maximal de slots (par contrôleur). 1. LES ANCIENS BUS (ISA) 8 BITS et 16 BITS Au "bon vieux temps" du 8088, les cartes-mères des ordinateurs compatibles IBM comportaient un bus capable de véhiculer des paquets de données de 8 bits. Ce bus 8 bits pouvait gérer jusqu à 8 slots. Au début des années 80, ce bus ne portait pas de nom particulier. Il a été rebaptisé «bus ISA (Industry Standard Architecture) 8 bits» quelques années plus tard lorsque sont apparus d autres types de bus (16 bits). On trouve donc toujours le bus ISA et quelques connecteurs ISA-16 sur beaucoup de cartes-mères jusqu'au Pentium III, ce qui permet de continuer à utiliser l une ou l autre carte récupérée dans une ancienne machine ou des cartes qui n ont pas un grand débit d informations à envoyer/recevoir (carte son, modem ou carte réseau Ethernet ou Token Ring, p.ex.). 2. LES BUS 32 BITS a) LES PREMIERS BUS 32 BITS ("BUS PROPRIÉTAIRES") Le 80386DX était le premier microprocesseur capable de traiter des flux d'informations d'une "largeur" de 32 bits à des vitesses de plus en plus élevées. Il a donc fallu imaginer un bus 32 bits à l'attention des utilisateurs désirant tirer un maximum de leur PC 386 (puis 486), car le bus ISA 16 bits devenait un "goulet d'étranglement" pour les données de/vers certains périphériques, forçant des états d'attente (wait states) pour le microprocesseur (ce qui revient à dire que le µp devait parfois se «tourner les pouces» en attendant l arrivée des données). Au début, c'était la pagaille, chaque fabricant de cartes-mères imaginant le sien (d'où le terme "propriétaire"). Il n'y avait généralement qu'un seul slot propriétaire 32 bits sur la carte-mère et il n était prévu uniquement que pour des cartes d'extension mémoire du même fabricant (à l'époque, la plupart des cartes-mères ne pouvaient recevoir que 4 ou 8 MB de RAM au maximum, il fallait donc utiliser obligatoirement une carte d'extension RAM si on en désirait plus), ou parfois pour une carte vidéo propriétaire. Le gros problème avec les bus 32 bits propriétaires, c'était que l'utilisateur était obligé d'acheter sa carte d'extension chez le même fabricant, d'où : peu de choix, difficulté de se la procurer, prix élevé, problèmes en cas de panne... Bref, il a fallu imaginer quelque chose de plus standardisé. b) LE BUS MCA IBM mit alors au point le bus MCA (Micro Channel Architecture) et en équipa d'office la plupart des machines de sa nouvelle gamme d'ordinateurs (équipés par la même occasion du nouveau système d exploitation OS/2). Techniquement parlant, c'était un progrès énorme par rapport au bus 16 bits ISA traditionnel, mais le connecteur du bus MCA n'était pas du tout compatible avec le slot ISA : il était donc impossible d insérer une carte ISA dans un slot MCA. Ce n'était pas là son seul inconvénient : IBM désirait aussi se réserver l'exclusivité de ce bus, 44

45 espérant ainsi récupérer les parts du marché des micro-ordinateurs personnels qu'il avait perdues de façon dramatique suite au succès des fabricants de "clones". Seuls quelques "amis" d'ibm pouvaient donc commercialiser des machines 386/486 MCA-compatibles. En fait, on devenait "ami" d'ibm en lui versant de plantureuses royalties. Par conséquent, les machines MCA étaient plus coûteuses que des machines équipées d un bus ISA et les rares cartes d'extension MCA l'étaient également. c) LE BUS EISA Les concurrents d'ibm se sont associés, sous la direction de Compaq, pour mettre au point leur propre bus à 32 bits et arrêter la pagaille induite par les bus propriétaires : ce fut le bus EISA (pour Enhanced ISA). Bien que techniquement un peu moins bon que le système MCA, il présentait deux avantages majeurs : Le slot EISA était compatible avec les slots ISA. En effet, grâce à sa conception en "deux étages", il pouvait recevoir les deux types de cartes : ISA, bon marché, ou EISA, plus chère, mais plus performantes puisque tous les concurrents d'ibm (et même certains de ses soi-disant "amis") l'adoptèrent très rapidement, il y avait un plus grand choix possible de cartes d extension EISA que de cartes MCA, et elles étaient moins chères Cependant, les acheteurs ne s'arrachèrent pas les machines EISA : elles étaient quand même nettement plus coûteuses que les machines ISA et, à l époque, ce nouveau bus ne se justifiait que pour des machines très puissantes (avec de nombreuses cartes d extension à débit important, comme des serveurs équipés de plusieurs cartes SCSI par exemple). En effet, pour l'utilisateur moyen de l'époque, propriétaire d'un 386DX ou d'un 486 "bas de gamme" (jusqu'à 33 MHz), une carte-mère avec des slots ISA 16 bits convenait dans la plupart des cas. Le seul périphérique pouvant parfois engorger le bus de données était la carte vidéo (surtout en mode graphique 800x600 ou 1024x768 avec 256 couleurs simultanées, c.-à-d. généralement sous Windows), mais là aussi une parade fut trouvée : les cartes vidéo accélératrices (voir cours sur les cartes vidéo). d) LES BUS LOCAUX Au début des années 90, les percées techniques furent tellement importantes que les systèmes basés sur l'architecture ISA ou même sur les architectures MCA ou EISA risquaient de s'engorger de plus en plus facilement : D'une part, avec l apparition de microprocesseurs de plus en plus rapides (486DX-40 et supérieurs et les premiers Pentium). D'autre part, les fabricants de disques durs avaient également amélioré de façon remarquable les performances de leurs produits, ce qui leur permit d atteindre un taux de transfert maximal de données parfois plusieurs fois supérieur à celui des disques durs plus anciens. En outre, c est également à cette époque qu a commencé la «mode multimédia» (grâce à la démocratisation des CD-ROM et cartes son). Pour qu'une machine multimédia fonctionne parfaitement, le couple microprocesseur + bus doit être capable de traiter et transporter simultanément (donc très rapidement) des quantités énormes d'informations : les données provenant du disque dur ou du CD-ROM, l'image (souvent animée, en haute définition avec 256 couleurs ou plus) et le son. L'utilisateur moyen est donc devenu de plus en plus "gourmand" en ce qui concerne la quantité d'informations à véhiculer dans le bus de données. Cette quantité d'informations maximale que peut "digérer" le bus de données s'appelle la «bande passante» (ou «taux de transfert» ou «débit») et est exprimée en mégabytes par seconde. Elle dépend à la fois de la technologie du bus et de sa vitesse de fonctionnement maximale. Le bus ISA 16 bits "tourne" normalement à une vitesse de 8 MHz (le bus ISA 8 bits à 4,77 MHz), ce qui lui confère une bande passante maximale de 5 MB/seconde (mais en pratique, il s'est avéré qu'il dépassait rarement les 3 MB/s). Les bus EISA (à 8 MHz) et MCA (à 14,3 MHz maximum) peuvent tous deux atteindre une bande passante d'environ 33 MB/sec. Sachant qu a l époque le meilleur contrôleur pour disque dur SCSI pouvait transférer plusieurs dizaines de MB/sec, 45

46 une carte vidéo haut de gamme plusieurs dizaines GB/sec, une carte réseau bas de gamme environ 100 Mb/sec, une machine "bien équipée", nécessitait dans ses "périodes de pointe" (dans certaines situations, lorsque jusqu'à 90% des opérations effectuées dans le PC sont des opérations d'entrée/sortie), une bande passante de plusieurs MB voire GB/sec et ce chiffre ne fera qu'augmenter avec les produits de demain et d'après-demain. Vous constatez à quel point le bus ISA était dépassé. La solution : le bus local. Le bus local est un autre type de bus dont la vitesse peut théoriquement être la même que celle du bus externe du µp (alors que les bus plus anciens avaient des vitesses plus ou moins fixes). De plus, les bus locaux peuvent avoir la même "largeur" que le bus de données externe du microprocesseur (donc actuellement 64 bits). Conclusion : un bus local peut atteindre une bande passante nettement supérieure que les bus plus anciens. Les bus locaux tiennent leur nom du fait qu'ils sont associés de plus près au processeur que les autres types. Les bus locaux "propriétaires" (32 bits) C est vers 1993 que sont apparues les premières cartes-mères équipées d'un "bus local" (relié généralement à un ou deux slots). Tout comme les premiers bus 32 bits non locaux, les premiers bus locaux étaient "propriétaires" : ils étaient conçus par le fabricant de la carte-mère et ne permettaient que l'utilisation de cartes (généralement vidéo) conçues par ce même fabricant. Généralement, la carte-mère et la carte vidéo local bus appropriées étaient d ailleurs vendues ensemble (bonjour les problèmes en cas de panne...). Sur certaines cartes-mères, le(s) slot(s) du bus local étai(en)t "compatible(s) vers le bas" : il y avait donc moyen d'insérer une simple carte ISA 16 bits, sur d'autres non. Le bus local VESA Les fabricants de cartes vidéo regroupés au sein de l'association VESA (Video Electronics Standard Association) ont alors repris l'idée du bus local et ont décidé de mettre eux-mêmes au point un "standard" de bus local : le bus local VESA. Tout comme le slot EISA, le slot du bus VESA était entièrement compatible avec les cartes ISA, le slot ISA était "rallongé" par un connecteur VESA-LB (ou VLB). Sa bande passante était de 133 MB/seconde sur une carte-mère à 33 MHz, voire même de 148 MB/seconde à 40 MHz (attention : dans ce cas, toutes les cartes d'extension VESA doivent pouvoir fonctionner à cette vitesse). Il fut rapidement adopté par la plupart des fabricants de cartes-mères de l époque, c.-à-d. les cartes 486. Quelques mois après son introduction, 90% des cartes 486 en étaient équipées. Ceci est également dû au fait que le système VL-bus n était pas très coûteux à implémenter sur une carte-mère. Le bus local VESA n'est pas destiné aux cartes vidéo uniquement. Il existe des cartes multi-io au format VESA (c est le contrôleur de disques durs EIDE intégré qui en profite) ainsi que des contrôleurs SCSI et des cartes réseau. En plus du bus VESA, une machine 486 comporte donc un second bus du type ISA-16 pour les autres cartes d extension. 46

47 Le bus local PCI (32 bits) Ceci dit, VL-bus n était pas encore la meilleure alternative au bus ISA traditionnel. La société Intel, en collaboration avec les principaux fabricants de cartes mères et de cartes d'extension de l époque, a en effet introduit en 1994 un autre type de bus local : le bus PCI (Peripheral Component Interconnect). On trouve encore celui-ci sur la plupart des cartes-mères actuelles. Sa bande passante peut atteindre 133 MB/seconde s il tourne à 33 MHz (120 MB/secondes sur une vieille carte-mère Pentium 60, car il tourne alors à 30 MHz). Un bus PCI n est hélas pas du tout compatible avec les cartes ISA. C est pour cela que la plupart des vieilles cartes-mères équipées d un bus PCI disposent aussi d un bus ISA avec quelques connecteurs ISA- 16 permettant d utiliser des cartes de ce type. Parfois, on rencontre aussi un «double connecteur» (shared slot), composé d un connecteur ISA et d un connecteur PCI «collés ensemble», dans lequel on peut y insérer l'un ou l'autre type de carte. Le système PCI dispose en outre de quelques atouts techniques supplémentaires par rapport au bus local VESA : La configuration des cartes est plus simple. Sur les cartes VL-Bus il faut souvent chipoter. Le système PCI est d office prévu pour la norme "Plug and Play" (attention : pour que cela fonctionne bien, il faut un BIOS PnP, un système d exploitation PnP et uniquement des cartes PnP ou indiquer au Setup et si possible au système d exploitation quelles sont les ressources utilisées par les cartes non PnP). Grâce à ce système, il suffit d insérer la carte (PC éteint!) et, à l allumage du PC, celle-ci se configurera elle-même pour éviter tout conflit avec les autres cartes PnP. Le système PCI dispose d une technique baptisée Bus Mastering qui ne nécessite aucun réglage (chouette!) et qui permet à une carte d extension de communiquer directement avec d autres périphériques sans passer par l intermédiaire du µp : avec d autres cartes d extension prévues elles aussi pour le Bus Mastering ou avec la RAM (cela s apparente alors au système DMA). Les cartes PCI sont beaucoup plus petites (courtes) que les cartes VESA. Plus faciles à installer, donc, et elles ne se «déchaussent» pas du slot (gros problème des cartes VESA). Le système PCI consomme moins (généralement 3.3 V). Le système PCI permet de mettre des cartes PCI "en cascade", plusieurs cartes reliées en série sur un seul slot avec une sorte de connecteur domino. Le système PCI est totalement indépendant du type de processeur utilisé : il fonctionne donc avec tous les µp 80x86 et même avec d'autres processeurs (les machines d'apple en sont équipées), ce qui permet d utiliser certaines cartes d'extension sur plusieurs types de machines différentes (PC, Mac, Alpha ), il suffit au fabricant de la carte d écrire des pilotes pour le processeur et le système d exploitation appropriés. Enfin, Intel n'a pas décidé d'en faire un système réservé à l'élite. On trouve le bus PCI sur presque toutes les cartes-mères Pentium, celles d Intel et celles des autres fabricants. 47

48 3. LES BUS PLUS PERFORMANTS Les 486 étaient des microprocesseurs ayant un bus de données de 32 bits. Les bus locaux VESA et PCI leur convenaient donc parfaitement. Le Pentium, lui, dispose d'un bus de données externes de 64 bits. Les machines Pentium ou supérieur ne devraient-elles donc pas être équipées d'un nouveau bus à 64 bits? D autant que ces processeurs sont capables de transmettre/recevoir beaucoup plus d informations que les 486 et inférieurs. Jusqu en 1998, la réponse des fabricants était «non» : le bus PCI à 32 bits, avec sa bande passante de 133 MB, suffisait alors pour les besoins de la majorité des utilisateurs et était capable de «suivre» les performances de la plupart des cartes d extension. Mais depuis lors, beaucoup de machines disposent de périphériques ayant des débits de plus en plus élevés et qui peuvent donc saturer le bus PCI. Ce sont surtout les cartes SCSI et les cartes vidéo dont le prix est devenues très démocratique. Il faut donc remplacer ou compléter le bus PCI par un nouveau type de bus. a) le bus PCI à 64 bits Lorsque les ingénieurs d Intel ont élaboré le bus local PCI, ils l ont prévu en trois versions : à 32 bits et 33 MHz (utilisé massivement) et à 64 bits pour la version PCI 2.1. La version 2.2 qui est utilisée dans les systèmes multiprocessing, incluant un mécanisme de réduction d alimentation électrique, on débit maximum est de 528 MB/seconde. Une carte d extension PCI 64 bits peut bien entendu être branchée dans un slot 64 bits, mais on peut également l insérer dans un slot 32 bits, elle sera simplement moins performante. Les slots et cartes PCI 32 et 64 bits sont donc entièrement interchangeables. Attention toutefois : si on insère une carte fonctionnant à 33 MHz dans un des slots du bus, toutes les autres cartes du même bus fonctionneront à 33 MHz, ce qui réduit de moitié la bande passante maximale. Note : Il existe également la norme PCI 2.3 (février 2002) qui normalement est un PCI 2.2 utilisant une tension de 3,3 V au lieu de 5 V (en fait ne supporte plus les cartes bloquées sur 5 volts). b) Le bus PCI-X (64 bits) Mis au point par HP, Compaq et IBM, il s agit d une variante du bus PCI d Intel, fonctionnant à 133 MHz et permettant d atteindre une bande passante d environ 1 GB/s. Seules quelques machines haut de gamme en sont équipées. Révision PCI-X 1.0 PCI-X 66 ou 133 PCI-X 2.0 PCI-X 266 ou 533 Année Largeur (bits) 32 32/64 32/ Fréquence (Mhz) /66 66/ /533 Bande passante Max (Mo/s) Signaux (Volts) ou 3,3 3,3 3,3 c) Les bus AMR et CNR Le but de l'architecture Intel CNR avec ses minicartes CNR était de diminuer les coûts d'implémentation des entrées-sorties modem/réseau/audio, en gagnant de la place, sans trop sacrifier sur la robustesse. Intel a tenté d'imposer cette architecture CNR après le demi-échec de l'architecture AMR (Audio Modem Riser), lancée en 1998, que l'on trouvait déjà sur de nombreuses cartes mères. Tout comme l'amr, le CNR est en fait un port pouvant accueillir des cartes d extensions peu coûteuses, car dépourvues de la plupart des composants traditionnels. Le CNR permet d utiliser plus de types de cartes filles (alors que l'amr se contentait de cartes audio et de cartes modems. L AMR 48

49 se situait généralement entre le premier slot PCI et le slot AGP, alors que le slot CNR est placé après le dernier slot PCI. 49

50 d) Le bus AGP (32 bits) Intel a également mis au point un autre bus (32 bits), dédié uniquement aux cartes vidéo, le bus AGP (Accelerated Graphics Port) que l on trouvait sur pratiquement toutes les cartes-mères Pentium II au P IV (équipées d un chipset supportant ce bus). Il ne supporte qu un seul slot par bus. Sa vitesse de fonctionnement est de 66 MHz. Ce bus permet aussi l utilisation de la mémoire centrale de la carte-mère en lieu et place de la mémoire dédiée de la carte vidéo (on peut donc utiliser des cartes vidéo dépourvues de RAM) ou en complément à la RAM de la carte vidéo (si celle-ci est insuffisante, comme dans le cas de scènes 3D très gourmandes en RAM par exemple). Attention, il existe cinq types de bus (et donc de cartes vidéo) AGP : Le système AGP 1X, dont le débit maximal est de 264 MB/s. Le système AGP 2X dont le débit peut atteindre 528 MB/s. Le système AGP 4X ou AGP Pro dont le débit peut atteindre 1,06 GB/s. Attention : il y a une petite différence entre une carte-mère équipée de l AGP 4X et une autre carte équipée de l AGP Pro. Même si leur débit maximal est identique, la carte équipée de l AGP Pro est meilleure, car elle permet d insérer des cartes vidéo consommant plus (jusqu à 50 ou 110W selon la carte-mère), alors qu un bus AGP 4X ne peut délivrer que 25W. Pour profiter pleinement des performances du bus AGP 4X, la carte-mère doit également être équipée de RAM capable d atteindre ce débit, par exemple de la DDR. Le système AGP 8X dont le débit peut atteindre 2112 MB/s. Révision AGP 1X AGP 2X AGP 4X AGP 8X Largeur (bits) Fréquence (Mhz) 66 66x2 66x4 66x8 Bande passante (Mo/s)

51 e) Le bus PCI-E (PCI-Express) L'interface physique équipant actuellement la grande majorité des cartes sont au format PCI-Express et requiert alors des cartes mères appropriées. Il s'agit du bus remplaçant du PCI et de l AGP. Le PCI-Express est en quelque sorte au PCI ce qu'est SATA au PATA ; ainsi les données transitent sur un ou des liens de type série, on parle, par exemple, de PCI-E x1 ou de PCI-E x16. Les ports PCI-E x16 comportent donc 16 liens PCI-E mis en parallèle et sont destinés à remplacer les ports AGP c'est-àdire à supporter les cartes graphiques. Les ports PCI-E x1, x2, x4 sont eux destinés à remplacer les ports PCI classiques (carte son, réseaux, ). le Ainsi, selon ces spécifications, la taille des connecteurs PCI Express accueillant des cartes d extension n est plus figée. Ces connecteurs sont composés, suivant leur taille, de 1, 2, 4, 8, ou 16 voies. La bande passante disponible augmentant en fonction de leur nombre. Chaque voie est composée de deux paires de liaisons dédiées à la transmission et la réception des données. Il s agit là d une interface série et non parallèle, contrairement au bus PCI. Chaque paire de liaisons assure un débit unidirectionnel de 250 Mo/s, lors de la transmission ou la réception de données. Un connecteur 16 voies bénéficie ainsi d un débit de 8 Go/s. Outre des débits initiaux allant jusqu'à 8 Go/s, Le PCI Express prend en compte le contrôle de l'intégrité des données durant les échanges, les informations étant alors retransmises si des erreurs ont été détectées. Parmi les applications les plus évidentes, il y a les adaptateurs de stockage de masse et les adaptateurs réseaux. PCI Express modifie également les habitudes d installation. Des cartes d extension PCI Express peuvent être ajoutées sous tension, sans redémarrage du système. Des cartes au format Mini PCI Express (3 cm de large) sont exploitées actuellement par les ordinateurs portables. En terme de coût de fabrication, l architecture PCI Express est, selon les dires de ces concepteurs, moins coûteuse à implémenter que l interface PCI. Type de bus Largeur Fréquence B.P. Broches PCI Express 1X 1 bit 2,5 Ghz 500 Mo/s 8 PCI Express 2X 2 bits 2,5 Ghz 1000 Mo/s? PCI Express 4X 4 bits 2,5 Ghz 2 Go/s 20 PCI Express 8X 8 bits 2,5 Ghz 4 Go/s 40 PCI Express 16X 16 bits 2,5 Ghz 8 Go/s 80 Évolutions des versions du PCI-E (2.0, 2.1, 3.0) Avec PCI Express 2.0, la bande passante passe à 16 Go/s sur 16 lignes. À titre de comparaison, l'interface graphique AGP, technologie précédente au PCI Express, atteint 2,1 Go/s (en version 8X). Les cartes graphiques peuvent exploiter cette bande passante pour gagner encore en performance. Autre avancée de PCI Express 2.0 : La puissance électrique transmise par le port PCI Express est augmentée. Elle passe de 75 watts pour la première génération à 225, voire 300 watts. Cela évite pour certains modèles d'avoir en plus à brancher la carte graphique sur un câble d'alimentation. Enfin, la génération 2.0, avec sa bande passante renforcée, ouvre la porte à l'utilisation en parallèle de plus de deux cartes graphiques, ce qui devrait séduire les joueurs passionnés (fortunés!). La révision PCI Express 2.1 n'apporte rien de plus que la 2.0 en terme de performance, mais introduit des outils de diagnostics du bus. La version 3.0 double, une fois de plus, la bande passante allouée à chaque ligne, ce qui nous donne 32 Go/s pour un lien en PCIe 3.0 en x16, de quoi laisser un champ d'action plus large aux cartes graphiques. Côté consommation, aucun changement n'est à noter, on reste avec un maximum de 300W. Le tout est bien entendu rétrocompatible avec les ports PCIe 1.x et 2.x. 51

52 4. LES BUS : PCMCIA/PC CARD/CARDBUS/EXPRESSCARD Signalons qu'au niveau des ordinateurs portables, il existe également un bus normalisé. Jusqu'à son invention, chaque fabricant de portables avait son propre type de bus et de connecteur externe permettant de brancher des accessoires sur ses appareils, forçant le client à acheter chez lui, ce qui limitait forcément le choix et rendait tous ces accessoires assez coûteux. Ce type de bus d'extension est le port PC Card ou Cardbus (autrefois appelé PCMCIA, Personal Computer Memory Card International Association) qui permet de brancher sur les portables qui en sont équipés n'importe (en principe) quel périphérique PC Card-compatible. Avec ce système, tous les périphériques (disques durs, modems, interfaces réseau, mémoire RAM supplémentaire, mémoire Flash...) ont la même taille : environ celle d'une carte de crédit (54 x 86 mm), reliée au portable via un connecteur à 68 contacts. Au niveau des performances, il est loin d atteindre le débit des bus PCI ou AGP. Il n'est donc pas à ranger dans la catégorie des bus locaux. Son grand intérêt est de normaliser la connexion des portables avec le monde extérieur. Il existe actuellement 4 types de bus PCMCIA/PC Card - PCMCIA type I (16 bits) : 3,3 mm d'épaisseur (généralement extension RAM ou soft sur carte) - PCMCIA type II (16 bits) : 5 mm d'épaisseur (fax-modem, carte réseau) - PCMCIA type III (16 bits) : 10,5 mm d'épaisseur (disque dur, carte avec coprocesseur) Il existe une carte de type IV d'épaisseur 15,5 mm, mais elle n'est pas reconnue par le consortium PCMCIA. Plusieurs modifications ont vu le jour entre 1990 et 1994, mais durant tout ce temps la norme PC Card est restée une interface 16 bits relativement lente, à la bande passante limitée (2 Mo/s), incapable de supporter le bus mastering et dont les 26 lignes du bus d'adresses ne permettaient de gérer que 64 Mo de RAM au maximum. Le principal avantage du bus PC Card est avant tout la petite taille des connecteurs et des cartes d'extension ainsi que la possibilité de connexion et de déconnexion à chaud des périphériques. En 1995 enfin, une nouvelle version de la norme PC Card a été introduite sous l'appellation CardBus : il s'agit d'une interface 32 bits bien plus performante, fonctionnant à 33 MHz, supportant le bus mastering et dont la tension a été réduite à 3,3V (au lieu de 5V). Les cartes PC Card sont en théorie «Hot Plug and Play» : on peut en retirer une et en insérer une autre sans éteindre le PC ou sans devoir installer de nouveaux drivers. En pratique, cela s avère encore rarement vrai (surtout si on ne travaille pas avec Windows 9x). ExpressCard est un format de carte d'extension pour ordinateur portable qui remplace le format PC Card ; les deux ont été développés par la Personal Computer Memory Card International Association dont le sigle PCMCIA a longtemps désigné le premier format. Les cartes sont enfichables «à chaud» (hotplug). Le format ExpressCard 54 est un peu moins long que les PC Card. Le format ExpressCard 34 se limite à 34 mm de largeur. Notons que de moins en moins de portables sont équipés d un slot d extension, car la plupart des périphériques externes peuvent désormais être connectés via les ports USB (2 ou 3), Firewire et/ou esata. 52