Cache de processeurUn cache de processeur est une antémémoire matérielle utilisée par l'unité centrale de traitement (CPU) d'un ordinateur pour réduire le coût moyen (temps ou énergie) de l’accès aux données de la mémoire principale. Un cache de processeur est une mémoire plus petite et plus rapide, située au plus près d'une unité centrale de traitement (ou d'un cœur de microprocesseur), qui stocke des copies des données à partir d'emplacements de la mémoire principale qui sont fréquemment utilisés avant leurs transmissions aux registres du processeur.
Mémoire cacheUne mémoire cache ou antémémoire est, en informatique, une mémoire qui enregistre temporairement des copies de données provenant d'une source, afin de diminuer le temps d'un accès ultérieur (en lecture) d'un matériel informatique (en général, un processeur) à ces données. Le principe du cache est également utilisable en écriture, et existe alors en trois modes possibles : write-through, write-back et write-around.
Cache hierarchyCache hierarchy, or multi-level caches, refers to a memory architecture that uses a hierarchy of memory stores based on varying access speeds to cache data. Highly requested data is cached in high-speed access memory stores, allowing swifter access by central processing unit (CPU) cores. Cache hierarchy is a form and part of memory hierarchy and can be considered a form of tiered storage. This design was intended to allow CPU cores to process faster despite the memory latency of main memory access.
Pipeline (architecture des processeurs)330px|droite|Plan d'un pipeline générique à trois étapes En microarchitecture, un pipeline (ou chaîne de traitement), est l'élément d'un processeur dans lequel l'exécution des instructions est découpée en plusieurs étapes. Le premier ordinateur à utiliser cette technique est l'IBM Stretch, conçu en 1961. Avec un pipeline, le processeur peut commencer à exécuter une nouvelle instruction sans attendre que la précédente soit terminée. Chacune des étapes d’un pipeline est appelé étage.
Jeu d'instructions x86Le jeu d'instructions du x86 a subi de nombreux changements au cours du temps. La plupart d'entre eux ne sont que des ajouts au jeu d'instructions initial afin d'apporter de nouvelles fonctionnalités. Ceci est le jeu d'instructions complet pour les processeurs 8086-8088 et la plupart, si ce n'est toutes ces instructions sont accessibles en mode 32 bits. Elles opèrent alors sur les registres et valeurs (eax, ebx, etc.) en lieu et place de leur contrepartie en (ax, bx, etc.).
Instruction set architectureIn computer science, an instruction set architecture (ISA), also called computer architecture, is an abstract model of a computer. A device that executes instructions described by that ISA, such as a central processing unit (CPU), is called an implementation. In general, an ISA defines the supported instructions, data types, registers, the hardware support for managing main memory, fundamental features (such as the memory consistency, addressing modes, virtual memory), and the input/output model of a family of implementations of the ISA.
Instruction cycleThe instruction cycle (also known as the fetch–decode–execute cycle, or simply the fetch-execute cycle) is the cycle that the central processing unit (CPU) follows from boot-up until the computer has shut down in order to process instructions. It is composed of three main stages: the fetch stage, the decode stage, and the execute stage. In simpler CPUs, the instruction cycle is executed sequentially, each instruction being processed before the next one is started.
Instruction unitThe instruction unit (I-unit or IU), also called, e.g., instruction fetch unit (IFU), instruction issue unit (IIU), instruction sequencing unit (ISU), in a central processing unit (CPU) is responsible for organizing program instructions to be fetched from memory, and executed, in an appropriate order, and for forwarding them to an execution unit (E-unit or EU). The I-unit may also do, e.g., address resolution, pre-fetching, prior to forwarding an instruction. It is a part of the control unit, which in turn is part of the CPU.
Classic RISC pipelineIn the history of computer hardware, some early reduced instruction set computer central processing units (RISC CPUs) used a very similar architectural solution, now called a classic RISC pipeline. Those CPUs were: MIPS, SPARC, Motorola 88000, and later the notional CPU DLX invented for education. Each of these classic scalar RISC designs fetches and tries to execute one instruction per cycle. The main common concept of each design is a five-stage execution instruction pipeline.
Intel CoreIntel Core is a line of streamlined midrange consumer, workstation and enthusiast computer central processing units (CPUs) marketed by Intel Corporation. These processors displaced the existing mid- to high-end Pentium processors at the time of their introduction, moving the Pentium to the entry level. Identical or more capable versions of Core processors are also sold as Xeon processors for the server and workstation markets. The lineup of Core processors includes the Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, and Intel Core i9, along with the X-series of Intel Core CPUs.
Instruction-level parallelismInstruction-level parallelism (ILP) is the parallel or simultaneous execution of a sequence of instructions in a computer program. More specifically ILP refers to the average number of instructions run per step of this parallel execution. ILP must not be confused with concurrency. In ILP there is a single specific thread of execution of a process. On the other hand, concurrency involves the assignment of multiple threads to a CPU's core in a strict alternation, or in true parallelism if there are enough CPU cores, ideally one core for each runnable thread.
Cycles per instructionIn computer architecture, cycles per instruction (aka clock cycles per instruction, clocks per instruction, or CPI) is one aspect of a processor's performance: the average number of clock cycles per instruction for a program or program fragment. It is the multiplicative inverse of instructions per cycle. The average of Cycles Per Instruction in a given process (CPI) is defined by the following weighted average: Where is the number of instructions for a given instruction type , is the clock-cycles for that instruction type and is the total instruction count.
Microarchitectureright|400px|thumb|La microarchitecture Core d'Intel right|400px|thumb|La microarchitecture Nehalem d'Intel La microarchitecture d'un processeur est un plan de ce processeur au niveau logique. Elle décrit, par exemple : le nombre de pipelines et leur longueur respective ; le nombre de mémoires cache et associativité respectives ; l'existence de renommage de registres ; d'une unité d'exécution out-of-order ; d'une unité de prédiction de branchement. Elle est également parfois appelée architecture, bien que ce terme ait d'autres sens différents en informatique.
Accès direct à la mémoirevignette|Entrée-sortie sans DMA vignette|Entrée-sortie avec DMA L'accès direct à la mémoire (en anglais DMA pour Direct Memory Access) est un procédé informatique où des données circulant de, ou vers, un périphérique (port de communication, disque dur) sont transférées directement par un contrôleur adapté vers la mémoire principale de la machine, sans intervention du microprocesseur si ce n'est pour lancer et conclure le transfert. La conclusion du transfert ou la disponibilité du périphérique peuvent être signalés par interruption.
Exécution dans le désordreL'exécution dans le désordre ( en anglais) consiste à réorganiser l'ordre dans lequel les instructions vont s'exécuter dans le processeur. Ces instructions ne sont alors pas forcément exécutées dans l'ordre dans lequel elles apparaissent dans le programme. Cela permet de mieux exploiter les ressources d'un processeur et ainsi de gagner du temps de calcul par rapport à l'exécution dans l'ordre () qui consiste à exécuter les instructions dans l'ordre prévu par le compilateur.
Algorithmes de remplacement des lignes de cacheArticle principal : mémoire cache Les mémoires caches dans les matériels informatiques sont le plus souvent partiellement associatives : une ligne de la mémoire principale ne peut être rangée que dans une partie bien définie de la mémoire cache. Dans le cas d'une mémoire cache logicielle, il est possible qu'elle soit totalement associative et gérée globalement. Dans les deux cas, se pose le problème de devoir dégager une place dans la mémoire cache, ou dans la partie de celle-ci concernée, lorsque celle-ci est pleine et qu'on veut y charger des données de la mémoire principale.
BranchementEn informatique, un branchement est une opération consistant à se déplacer au sein d'un code exécuté par un processeur, en « sautant » à une adresse identifiée au lieu de poursuivre l'exécution du code séquentiellement. Un processeur est une unité de traitement séquentielle, ce qui signifie qu'il exécute un ensemble d'instructions en effectuant celles-ci les unes après les autres.
Compteur ordinalDans un processeur, le compteur ordinal ou pointeur d'instruction (en anglais : instruction pointer ou program counter) est le registre (souvent nommé PC) qui contient l'adresse mémoire de l'instruction en cours d'exécution ou prochainement exécutée (cela dépend de l'architecture). Une fois l'instruction chargée, il est automatiquement incrémenté pour pointer l'instruction suivante. Les instructions de branchement ou d'appel et retour de sous-programmes permettent de choisir une autre adresse pour influer sur le déroulement du programme informatique.
Cache-oblivious algorithmIn computing, a cache-oblivious algorithm (or cache-transcendent algorithm) is an algorithm designed to take advantage of a processor cache without having the size of the cache (or the length of the cache lines, etc.) as an explicit parameter. An optimal cache-oblivious algorithm is a cache-oblivious algorithm that uses the cache optimally (in an asymptotic sense, ignoring constant factors). Thus, a cache-oblivious algorithm is designed to perform well, without modification, on multiple machines with different cache sizes, or for a memory hierarchy with different levels of cache having different sizes.
Microprocesseur multi-cœurvignette|Un processeur quad-core AMD Opteron. vignette|L’Intel Core 2 Duo E6300 est un processeur double cœur. Un microprocesseur multi-cœur (multi-core en anglais) est un microprocesseur possédant plusieurs cœurs physiques fonctionnant simultanément. Il se distingue d'architectures plus anciennes (360/91) où un processeur unique commandait plusieurs circuits de calcul simultanés. Un cœur (en anglais, core) est un ensemble de circuits capables d’exécuter des programmes de façon autonome.
