« Fonctionnement d'un ordinateur/Les jeux d'instructions » : différence entre les versions

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===Architectures dédiées===
 
Certains jeux d'instructions sont dédiés à des types de programmes bien spécifiques, et sont peu adaptés pour des programmes généralistes.
Certains jeux d'instructions sont dédiés à des types de programmes bien spécifiques, et sont peu adaptés pour des programmes généralistes. Parmi ces jeux d'instructions spécialisés, on peut citer les fameux jeux d'instructions '''Digital Signal Processor''', aussi appelés des DSP. Nous reviendrons plus tard sur ces processeurs dans le cours, un chapitre complet leur étant dédié, ce qui fait que la description qui va suivre sera quelque peu succinte. Ces DSP sont des processeurs chargés de faire des calculs sur de la vidéo, du son, ou tout autre signal. Dès que vous avez besoin de traiter du son ou de la vidéo, vous avez un DSP quelque part, que ce soit une carte son ou une platine DVD. Ces DSP ont souvent un jeu d'instruction similaire aux jeux d'instructions RISC, avec quelques instructions supplémentaires spécialisées pour faire du traitement de signal. On peut par exemple citer l'instruction phare de ces DSP, l'instruction MAD, qui multiplie deux nombres et additionne un 3éme au résultat de la multiplication. De nombreux algorithmes de traitement du signal (filtres FIR, transformées de Fourier) utilisent massivement cette opération. Ces DSP possèdent aussi des instructions dédiées aux boucles, ou des instructions capables de traiter plusieurs données en parallèle (en même temps). De plus, les DSP utilisent souvent des nombres flottants assez particuliers qui n'ont rien à voir avec les nombres flottants que l'on a vu dans le premier chapitre. Certains DSP supportent des instructions capable d'effectuer plusieurs accès mémoire en un seul cycle d'horloge : ils sont reliés à plusieurs bus mémoire et sont donc capables de lire et/ou d'écrire plusieurs données simultanément. L'architecture mémoire de ces DSP est une architecture Harvard, couplée à une mémoire multi-ports. Les caches sont rares dans ces architectures, quoique parfois présents.
 
Certains jeux d'instructions sont dédiés à des types de programmes bien spécifiques, et sont peu adaptés pour des programmes généralistes. Parmi ces jeux d'instructions spécialisés, on peut citer les fameux jeux d'instructions '''Digital Signal Processor''', aussi appelés des DSP. Nous reviendrons plus tard sur ces processeurs dans le cours, un chapitre complet leur étant dédié, ce qui fait que la description qui va suivre sera quelque peu succinte. Ces DSP sont des processeurs chargés de faire des calculs sur de la vidéo, du son, ou tout autre signal. Dès que vous avez besoin de traiter du son ou de la vidéo, vous avez un DSP quelque part, que ce soit une carte son ou une platine DVD. Ces DSP ont souvent un jeu d'instruction similaire aux jeux d'instructions RISC, avec quelques instructions supplémentaires spécialisées pour faire du traitement de signal. On peut par exemple citer l'instruction phare de ces DSP, l'instruction MAD, qui multiplie deux nombres et additionne un 3éme au résultat de la multiplication. De nombreux algorithmes de traitement du signal (filtres FIR, transformées de Fourier) utilisent massivement cette opération. Ces DSP possèdent aussi des instructions dédiées aux boucles, ou des instructions capables de traiter plusieurs données en parallèle (en même temps). De plus, les DSP utilisent souvent des nombres flottants assez particuliers qui n'ont rien à voir avec les nombres flottants que l'on a vu dans le premier chapitre. Certains DSP supportent des instructions capable d'effectuer plusieurs accès mémoire en un seul cycle d'horloge : ils sont reliés à plusieurs bus mémoire et sont donc capables de lire et/ou d'écrire plusieurs données simultanément. L'architecture mémoire de ces DSP est une architecture Harvard, couplée à une mémoire multi-ports. Les caches sont rares dans ces architectures, quoique parfois présents.
Certains processeurs sont carrément conçus pour un langage en particulier : par exemple, il existe des processeurs qui intègrent une machine virtuelle JAVA directement dans leurs circuits ! On appelle ces processeurs, conçus pour des besoins particuliers, des '''processeurs dédiés'''. Historiquement, les premiers processeurs de ce type étaient des processeurs dédiés au langage LISP, un vieux langage fonctionnel autrefois utilisé, mais aujourd'hui peu usité. De tels processeurs datent des années 1970 et étaient utilisés dans ce qu'on appelait des machines LISP. Ces machines LISP étaient capables d’exécuter certaines fonctions de base du langage directement dans leur circuits : elles possédaient notamment un garbage collector câblé dans ses circuits ainsi que des instructions machines supportant un typage déterminé à l’exécution. D'autres langages fonctionnels ont aussi eu droit à leurs processeurs dédiés : le prolog en est un bel exemple. Autre langage qui a eu l'honneur d'avoir ses propres processeurs dédiés : le FORTH, un des premiers langages à pile de haut niveau. Ce langage possède de nombreuses implémentations hardware et est un des rares langages de haut niveau à avoir été directement câblé en assembleur sur certains processeurs. Par exemple, on peut citer le processeur FC16, capable d’exécuter nativement du FORTH. En regardant dans les langages de programmation un peu plus connus, on peut aussi citer des processeurs spécialisés pour JAVA, qui intègrent une machine virtuelle JAVA directement dans leurs circuits : de quoi exécuter nativement du bytecode ! Certains processeurs ARM, qu'on trouve dans des système embarqués, sont de ce type.
 
Certains processeurs sont carrément conçus pour un langage de programmation en particulier : par exemple, il existe des processeurs qui intègrent une machine virtuelle JAVA directement dans leurs circuits !. On appelle ces processeurs, conçus pour des besoins particuliers, des '''processeurs dédiés'''. Historiquement, les premiers processeurs de ce type étaient des processeurs dédiés au langage LISP, un vieux langage fonctionnel autrefois utilisé, mais aujourd'hui peu usité. De tels processeurs datent des années 1970 et étaient utilisés dans ce qu'on appelait des machines LISP. Ces machines LISP étaient capables d’exécuter certaines fonctions de base du langage directement dans leur circuits : elles possédaient notamment un ''garbage collector'' câblé dans ses circuits ainsi que des instructions machines supportant un typage déterminé à l’exécution. D'autres langages fonctionnels ont aussi eu droit à leurs processeurs dédiés : le prolog en est un bel exemple. Autre langage qui a eu l'honneur d'avoir ses propres processeurs dédiés : le FORTH, un des premiers langages à pile de haut niveau. Ce langage possède de nombreuses implémentations hardware et est un des rares langages de haut niveau à avoir été directement câblé en assembleur sur certains processeurs. Par exemple, on peut citer le processeur FC16, capable d’exécuter nativement du FORTH. En regardant dans les langages de programmation un peu plus connus, on peut aussi citer des processeurs spécialisés pour JAVA, qui intègrent une machine virtuelle JAVA directement dans leurs circuits : de quoi exécuter nativement du bytecode ! Certains processeurs ARM, qu'on trouve dans des système embarqués, sont de ce type.
 
Les processeurs dédiés ont eu leur heure de gloire au début de l'informatique, à une époque où les langages de haut niveau venaient d'être inventés. A cette époque, les compilateurs n'étaient pas performants et ne savaient pas bien optimiser le code machine. Les programmes compilés faisaient un mauvais usage des instructions machines, ne savaient pas bien utiliser les modes d'adressages adéquats, manipulaient assez mal les registres, etc. Il était alors rationnel, pour l'époque, de rapprocher le code machine cible et le langage de programmation de haut niveau. De nombreuses architectures dédiés ont ainsi étés inventées, avant que les concepteurs se rendent compte des défauts de cette approche. A l'heure actuelle, les algorithmes des compilateurs se sont améliorés et savent nettement mieux utiliser le matériel. Ils produisent du code machine efficace, ce qui rend les architecture dédiées bien moins intéressantes. Si on ajoute les défauts de ces architectures dédiées, par étonnant que les architectures dédiées aient presque disparues. Les défauts en question ne sont pas nombreux, mais assez simples à comprendre. Premièrement, elles sont très rapides pour un langage de programmation en particulier, mais sont assez mauvaises pour les autres, d'où un problème de "compatibilité". Ajoutons à cela que les langages de programmation peuvent évoluer, devenir de moins en moins populaires/utilisés, ce qui rend la création d'architectures généralistes plus pertinente. Enfin, les architectures dédiées sont évidemment des processeurs CISC, pour implémenter les nombreuses fonctionnalités des langages évolués. Et les défauts des CISC sont assez rédhibitoires à l'heure actuelle.
 
En regardant dans les langages de programmation un peu plus connus, on peut aussi citer des processeurs spécialisés pour Java. Certains processeurs ARM, qu'on trouve dans des système embarqués, sont de ce type. Mais ceux-ci sont un petit peu à part et ne sont pas vraiment des architectures dédiées. En réalité, ces processeurs sont une implémentation matérielle de la machine virtuelle Java. Rappelons que la machine virtuelle JAVA est un design de processeur comme un autre, avec un jeu d'instruction simple, une architecture à pile, etc. Le code machine associé à cette architecture est appelé le ''bytecode'' Java. En temps normal, le ''bytecode'' Java n'est pas exécuté directement par le processeur, qui utilise un langage machine différent. A la place, le ''bytecode'' est traduit dans le langage machine adéquat, par un interpréteur/compilateur. c'est ce qui permet au ''bytecode'' Java d'être portable sur des architectures différentes. En fait, le ''bytecode'' Java est utilisé comme intermédiaire : on compile du code Java en ''bytecode'' Java, qui est traduit sur l'architecture cible quand on en a besoin. Les architectures Java permettent de se passer de l'étape de traduction ''bytecode'' -> langage machine, vu que eur langage machine est le ''bytecode'' Java lui-même.
 
===Architectures compactes===
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