Les processeurs RISC vs CISC

Toute personne parcourant l’évolution historique des processeurs à travers le temps, serait sûrement appelée sur une période dans le début des années 80, concernant un débat dans la communauté scientifique et industrielle autour l’évolution des processeurs dans les années à venir. Il y avait pratiquement 2 camps, un camp qui pensait que les avancées en électronique permettraient de créer des processeurs plus évolués et plus capables et que les processeurs devraient être plus complexes et plus riches. Le 2-ième camp n’approuvait pas cette idée, et suggérait que les processeurs devraient rester plus simples, et que la complexité des applications doit être léguer au Software. Après plusieurs débats houleux, il s’est avéré que c’est le 2-ième camp malgré un nombre d’adhérents réduit et un raisonnement semblant contre intuitif, les années à la suite leur ont donné raison.

RISC vs CISC selon David Patterson

Ce 2-ième camp est principalement représenté par les 2 figures bien connu dans le domaine des architectures des ordinateurs, David Patterson et John L. Hennessy, ils sont actuellement désignés comme les parrains de l’architecture des ordinateurs. Ils sont très célèbres dans le domaine académique par leurs 2 livres références Computer Organization and Design et Computer Architecture: A Quantitative Approach. Ils ont eux aussi l’honneur d’avoir le prix équivalant au prix Nobel en informatique qui est le prix Turing en 2017. David Patterson se charge actuellement du développement du très prometteur nouveau processeur open source RISC-V, et John L. Hennessy est bien connu pour être le cofondateur du célèbre processeur MIPS. Sur la vidéo en haut, on a une partie de l’interview de David Patterson par le célèbre académicien Lex Fridman, sur laquelle David Patterson va relater les faits et les événements qui se sont déroulés à cette époque. 

Cours sur l’assembleur ARM

Le langage assembleur est souvent considéré par les informaticiens  comme un  langage difficile, la première raison c’est qu’il existe plusieurs langages assembleurs très différents les uns des autres, en réalité chaque à processeur possède son propre assembleur. En plus ce sont des langages de bas niveau, très proches du langage machine binaire,  ça exige du programmeur une compréhension technique du fonctionnement du processeur et de l’architecture de la machine. Mine de rien le langage assembleur est très  populaire dans le domaine des systèmes embarqués, là où il faut bien optimiser son code et le rendre le plus rapide possible. La conception des pilotes des systèmes d’exploitation exige aussi souvent l’utilisation de l’assembleur  en raison  des spécificités intrinsèques de chaque matériel.  Sans oublier de mentionner aussi l’existence des extensions et fonctionnalités uniques pour chaque processeur qui ne sont généralement exploitables qu’à travers l’assembleur, comme par exemple les extensions du processeur Intel Pentium, comme MMX, SSE, et AVX, ou celle des processeurs AMD, l’extension 3Dnow. L’utilisation de l’assembleur est aussi très favorable pour les microcontrôleurs, ces petits microprocesseurs qui sont le plus souvent inclus à l’intérieur des appareils électroniques.

L’assembleur du processeur ARM

Le cours sur la vidéo en haut concerne le processeur ARM, C’est un processeur très connu, d’ailleurs ils embarquent la quasi-totalité des téléphones portables actuels. La vidéo de la chaîne Youtube freeCodeCamp.org relate une bonne explication de la partie théorique complémentée par de la programmation dans la partie pratique.

Zoom sur un Processeur

Il est toujours fascinant de voir à quel point l’humain a su construire si petit et si complexe les processeurs et les puces électroniques, c’est le domaine de la technologie qui représente le mieux la maîtrise de la précision et de la complexité que l’humain n’a jamais pu réaliser auparavant. Pour rappel, les traces à l’intérieur des processeurs actuels vont arriver bientôt à 2 nanomètres (nanomètre = 2-9 mètre), bientôt sur 1 nanomètre on pourra compter à peu près 10 atomes de silicium, la matière dont les puces sont construites. Et une complexité pour combiner 1 trillion de transistors (1 trillion = 1000 milliards) sur une seule puce, tous soigneusement arrangés et bien synchronisés pour un rôle bien défini, ça donne l’étourdi !

Appréciation du spectacle en image dans la vidéo en bas.

Zoom sur processeur

Et la vidéo suivante est une visualisation d’une simulation électrique au niveau transistor du processeur 4 bits d’Intel le 4004, il contient 2300 transistors. Historiquement c’est le premier microprocesseur à avoir été vendu en 1971.

Intel 4004 en s’exécutant internement au niveau transistor

État de l’art sur les processeurs

La vidéo suivante est produite par la chaîne Youtube Computerphile, une excellente chaîne de se spécialisant sur diverses technologies en informatique. La vidéo est animé par le Docteur Steve Bagley (le lien de son site personnel) de l’université de Nottingham en Angleterre, il fait la présentation d’un état de l’art sur le fonctionnement externe et interne des processeurs (CPU). La présentation touche des concepts importants dans l’Architecture des Ordinateurs comme l’architecture de Von neumann, l’interaction CPU-RAM, l’exécution des instructions à travers les compartiments internes du CPU, dont Fetch, Decode, Execute, l’exécution en pipeline et le phénomène du pipeline hazard (ou risques du pipeline), qui exige un traitement spécifique pour certaines instructions.

À l’intérieur du CPU

Le Processeur éducatif nommé Scott

À cette période de l’année, à l’université, c’est le summum, le sommet de la course vers la quête de l’apprentissage pour les étudiants. J’ai pu visualiser récrément une excellente vidéo sur le thème qui intéresse particulièrement les étudiants du Module Architecture des Ordinateurs, la vidéo en bas est plus centrée sur la micro-architecture, le narrateur explique le fonctionnement interne d’un processeur, avec en plus son interaction avec les autres composants d’un PC, comme la RAM, le moniteur et le clavier.

Processeur de l’intérieur

Le processeur en question est le processeur Scott, c’est un processeur académique développé par John Scott, le processeur reste comme un processeur simpliste par rapport aux processeurs actuels, mais les concepts de base restent les mêmes. John Scott a probablement acquis les bases de la conception Hardware et la conception des processeurs tout au long de sa carrière en travaillant à la silicon valley dans des entreprises comme Intel et IBM. La conception de ce processeur a abouti au final à un livre ; But How Do It Know? – The Basic Principles of Computers for Everyone, plusieurs autres éléments et informations sont accessibles sur le site consacré à ce livre, www.buthowdoitknow.com