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Les systèmes multiprocesseurs et multicœurs visent à améliorer les performances d'un ordinateur en utilisant plusieurs unités de traitement, mais ils y parviennent de différentes manières :
Système multiprocesseur :
* Définition : Un système multiprocesseur se compose de deux ou plusieurs processeurs (CPU) indépendants et complets installés dans le même système informatique. Chaque processeur possède son propre cache, sa propre unité de gestion de mémoire (MMU) et d'autres composants essentiels. Ils travaillent ensemble et partagent des ressources telles que la mémoire et les périphériques d'E/S. La communication entre les processeurs s'effectue généralement via un bus système ou une interconnexion plus sophistiquée.
* Architecture : Ces processeurs peuvent être soit à multitraitement symétrique (SMP), soit à multitraitement asymétrique (AMP). Dans SMP, tous les processeurs ont un accès égal aux ressources système et partagent la charge de travail de manière égale. Dans AMP, les processeurs se voient attribuer des tâches spécifiques, conduisant à une hiérarchie dans laquelle certains processeurs peuvent avoir plus de responsabilités que d'autres.
* Exemples : Les grands serveurs, les clusters de calcul haute performance (HPC) et certains postes de travail puissants peuvent être des systèmes multiprocesseurs.
* Avantages :
* Puissance de traitement élevée : Plusieurs processeurs peuvent gérer beaucoup plus de tâches simultanément qu’un système à processeur unique.
* Tolérance aux pannes : Si un processeur tombe en panne, le système peut toujours fonctionner avec les processeurs restants (en fonction de la conception du système).
* Évolutivité : L'ajout de processeurs supplémentaires peut augmenter la puissance de traitement, offrant ainsi une plus grande évolutivité.
* Inconvénients :
* Coût élevé : Les systèmes multiprocesseurs sont généralement plus chers que les systèmes multicœurs en raison du coût de plusieurs processeurs et composants associés.
* Complexité : La conception, la mise en œuvre et la gestion de systèmes multiprocesseurs sont plus complexes que les systèmes monoprocesseurs. Le logiciel doit être conçu pour tirer parti de plusieurs processeurs afin d'éviter les goulots d'étranglement.
* Surcharge de communication inter-processeurs : La communication entre les processeurs peut introduire de la latence et réduire les performances si elle n'est pas correctement gérée.
Système multicœur :
* Définition : Un système multicœur comporte plusieurs unités de traitement (cœurs) intégrées sur une seule puce physique. Ces cœurs partagent des ressources telles que la mémoire cache et l'interconnexion de la puce, mais chaque cœur possède ses propres registres et unités d'exécution. Essentiellement, il s’agit d’un seul processeur avec plusieurs « moteurs » de traitement.
* Architecture : En règle générale, les cœurs d'un système multicœur sont conçus pour fonctionner ensemble à la manière d'un SMP. Ils partagent efficacement les ressources, en utilisant souvent des techniques telles que les protocoles de cohérence du cache pour garantir la cohérence des données.
* Exemples : La plupart des ordinateurs de bureau, ordinateurs portables et appareils mobiles modernes utilisent des processeurs multicœurs.
* Avantages :
* Des performances améliorées à moindre coût : Offre les avantages en termes de performances de plusieurs processeurs à un prix considérablement inférieur à celui des systèmes multiprocesseurs.
* Consommation d'énergie réduite : L'intégration de plusieurs cœurs sur une seule puce entraîne généralement une consommation d'énergie inférieure à celle des processeurs séparés.
* Conception et mise en œuvre simplifiées : Plus simple à concevoir et à gérer par rapport aux systèmes multiprocesseurs.
* Inconvénients :
* Évolutivité limitée : L'ajout de plusieurs cœurs à une seule puce est limité par des contraintes technologiques (dissipation thermique, taille de la puce, etc.). Aller au-delà d’un certain nombre de cœurs sur une seule puce devient de plus en plus difficile.
* Limites de la loi d'Amdahl : L'accélération globale obtenue en ajoutant davantage de cœurs est limitée par la partie du programme qui ne peut pas être parallélisée (loi d'Amdahl).
Impact du processeur sur les performances du système informatique :
Le processeur est le « cerveau » de l’ordinateur et a un impact considérable sur les performances globales du système. Les aspects clés comprennent :
* Vitesse d'horloge (fréquence) : Des vitesses d'horloge plus élevées se traduisent généralement par une exécution plus rapide des instructions.
* Nombre de cœurs : Un plus grand nombre de cœurs permettent l'exécution simultanée de plusieurs tâches, améliorant considérablement les performances dans les applications multithread.
* Taille et niveaux du cache : Des caches plus volumineux et plus rapides réduisent le temps nécessaire pour accéder aux données fréquemment utilisées, améliorant ainsi les performances.
* Architecture du jeu d'instructions (ISA) : L'ISA détermine les types d'instructions que le processeur peut exécuter, ce qui a un impact sur les performances. Les ISA modernes intègrent souvent des fonctionnalités pour améliorer les performances.
* Bande passante mémoire : La vitesse à laquelle le processeur peut accéder aux données de la mémoire a un impact significatif sur les performances globales. Un processeur rapide associé à une mémoire lente peut créer un goulot d'étranglement.
* Architecture du processeur : Des fonctionnalités telles que le pipeline, l’exécution superscalaire et l’exécution dans le désordre contribuent toutes à améliorer les performances.
En résumé, les systèmes multiprocesseurs et multicœurs visent à améliorer les performances, mais leurs approches diffèrent considérablement en termes d'architecture, de coût et d'évolutivité. Le choix optimal dépend des besoins spécifiques de l’application et du budget. Comprendre les caractéristiques du processeur est essentiel pour obtenir des performances optimales du système informatique.
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