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

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En parallèle de ces architectures CISC et RISC, qui sont en quelques sorte la base de tous les jeux d'instructions, d'autres classes de jeux d'instructions sont apparus, assez différents des jeux d’instructions RISC et CISC. On peut par exemple citer le Very Long Instruction Word, qui sera abordé dans les chapitre à la fin du tutoriel. La plupart de ces jeux d'instructions sont implantés dans des processeurs spécialisés, qu'on fabrique pour une utilisation particulière. Ce peut être pour un langage de programmation particulier, pour des applications destinées à un marche de niche comme les supercalculateurs, etc.
 
==JeuxLes jeux d'instructions spécialisés==
 
En parallèle de ces architectures CISC et RISC, d'autres classes de jeux d'instructions sont apparus. Ceux-ci visent des buts distincts, qui changent suivant le jeu d'instruction :
* soit ils tentent d'améliorer la sécurité des programmes et les rendent résistants aux attaques.
 
===ArchitecturesLes architectures compactes===
===Architectures parallèles===
 
Certains chercheurs ont inventé des jeux d’instruction pour diminuer la taille des programmes. Certains processeurs disposent de deux jeux d'instructions : un compact, et un avec une faible densité de code. Il est possible de passer d'un jeu d'instructions à l'autre en plein milieu de l’exécution du programme, via une instruction spécialisée. D'autres processeurs sont capables d’exécuter des binaires compressés (la décompression a lieu lors du chargement des instructions dans le cache).
 
===ArchitecturesLes architectures parallèles===
 
Certaines architectures sont conçues pour pouvoir exécuter plusieurs instructions en même temps, lors du même cycle d’horloge : elles visent le traitement de plusieurs instructions en parallèle, d'où leur nom d’'''architectures parallèles'''. Ces architectures visent la performance, et sont relativement généralistes, à quelques exceptions près. On peut, par exemple, citer les architectures very long instruction word, les architectures dataflow, les processeurs EDGE, et bien d'autres. D'autres instructions visent à exécuter une même instruction sur plusieurs données différentes : ce sont les instructions SIMD, vectorielles, et autres architectures utilisées sur les cartes graphiques actuelles. Nous verrons ces architectures plus tard dans ce tutoriel, dans les derniers chapitres.
 
===Les ''Digital Signal Processors''===
===Architectures dédiées===
 
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.
 
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. CesLs 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 capablecapables 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.
 
===ArchitecturesLes architectures dédiées===
 
Certains processeurs sont carrément conçus pour un langage de programmation en particulier. On appelle ces processeurs, conçus pour des besoins particuliers, des '''processeurs dédiés'''. Par exemple, l'ALGOL-60, le COBOL et le FORTRAN ont eu leurs architectures dédiées. Les fameux ''Burrough E-mode'' B5000/B6000/B7000 étaient spécialement conçus pour exécuter de l'ALGOL-60. Leurs cousins B2000/B3000/B4000 étaient eux conçus pour le COBOL. Le FORTH, un des premiers langages à pile de haut niveau, 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. Des langages fonctionnels ont aussi eu droit à leurs processeurs dédiés. Le prolog en est un bel exemple, avec les superordinateurs de 5ème génération qui lui étaient dédié. On peut aussi citer les machines LISP, dédiés au langage LISP, qui datent des années 1970. Elles 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.
 
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===
 
Certains chercheurs ont inventé des jeux d’instruction pour diminuer la taille des programmes. Certains processeurs disposent de deux jeux d'instructions : un compact, et un avec une faible densité de code. Il est possible de passer d'un jeu d'instructions à l'autre en plein milieu de l’exécution du programme, via une instruction spécialisée. D'autres processeurs sont capables d’exécuter des binaires compressés (la décompression a lieu lors du chargement des instructions dans le cache).
 
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