Le microprocesseur, ce monstre de puissance qui passe son temps à attendre

Note : Cette dépêche n’a pas été créée ici mais à été copier-coller de  l’excellent article sur le site de LinuxFR.org une version améliorer de la première version sortie sur le site Zeste de savoir. L’auteur original est La dépêche est sorti sous licence CC-BY 4.0 obligent à citer l’auteur, et la licence et si elle à été modifier. D’ailleurs au passage n’hésiter pas à consulter les deux sites qui sont une mine d’informations. Sur ceux je vous laisse avec l’article en question .

—> []

Avez-vous déjà remarqué à quel point le microprocesseur de votre ordinateur est un composant extrêmement puissant, et à quel point le moindre accès aux données est une horreur de lenteur de son point de vue ?

Pour essayer de se représenter tout ça, on va imaginer que _vous êtes_ un cœur de microprocesseur, ralenti d’un facteur un milliard.

Or donc, vous êtes un cœur d’un microprocesseur moderne. Vous êtes avec d’autres collègues dans un open space; votre boulot – et vous n’avez pas le choix – c’est d’exécuter des instructions, c’est-à-dire pour vous de taper au clavier, une touche par impulsion d’horloge. Un processeur moderne peut être cadencé à 4 GHz, ce qui fait pour vous 4 frappes par seconde, ce qui est déjà rapide.

Et voici que vous avez besoin d’une information que vous n’avez pas. Zut, flûte, raalgamaziel, il vous faut la procurer.

Est-ce qu’elle est dans le cache L1 ? Vous prenez un peu plus d’une seconde (un peu plus d’1 ns ou 4 instructions) pour lire ce post-it sur votre bureau.

Non. Est-ce qu’elle est dans le cache L2 ? Vous prenez environ cinq secondes (environ 5 ns ou 20 instructions) pour parcourir la feuille à côté de votre clavier.

Toujours pas. Est-ce que par hasard elle serait dans le cache L3 ? Vous devez vous lever et prendre entre quinze et vingt secondes (15 à 25 ns soit 60 à 100 instructions) pour consulter ce schéma accroché à un mur.

Ça commence à puer cette histoire. Où diable peut se trouver cette information indispensable ?

Est-ce un résultat de calcul que doit vous donner un collègue (donc un autre cœur) ? Selon l’organisation de votre bureau (la topologie du processeur) et l’humeur dudit collègue, vous aurez la réponse dans entre quarante secondes et deux minutes vingt (40 à 140 ns soit 160 à 560 instructions).

C’est aussi l’ordre de grandeur du temps qu’il va vous falloir patienter pour récupérer une information planquée dans les banques de mémoire du bureau d’à côté : une grosse minute à plus d’une minute et demie (70 à 100 ns, soit 280 à 400 instructions). C’est déjà très long, même par rapport à votre schéma sur le mur du bureau.

Et si jamais vous n’avez toujours pas votre information, là c’est le drame. Parce que toute autre forme de stockage va être vraiment très lente à réagir par rapport à tout ce qu’on vient de voir.

Si vos données sont sur un SSD au format M2, cas le plus favorable, vous en avez pour une petite journée (au moins 5h30) de recherche à la bibliothèque (plus de 0.02 ms, soit plus de 20 000 ns… et donc 80 000 instructions).

Un SSD au format SATA est encore plus long, c’est comme si vos données étaient livrées par un coursier rapide : ça arrive vite, mais il faut quand même compter plus d’une journée et d’une nuit entières… (à la louche 100 μs, 400 000 instructions).

Et si votre information n’est toujours pas là… c’est la catastrophe.

S’il faut la faire venir depuis un disque dur mécanique ou par Internet depuis une connexion fibre, non seulement vous pouvez partir en vacances, mais en plus vous n’aurez jamais assez de congés payés pour patienter jusqu’à ce que votre donnée soit arrivée, puisqu’il vous faudra environ deux mois entre la demande et l’arrivée de ce dont vous avez besoin ! (un ordre de grandeur de 5 ms… soit 5 000 000 ns et 20 000 000 instructions !).

Un chiffre que l’on peut tripler si la connexion Internet est une liaison cuivre ; la présence d’un WiFi dans le circuit permet probablement de concevoir intégralement un enfant.

(Tant qu’on est dans les comparaisons bizarres, si vous exécutez le code d’un jeu vidéo, vous avez un budget de 16 666 666 secondes soit plus de six mois pour le calcul d’une image pour avoir un rendu fluide. C’est énorme… tant que les données sont en mémoire, cf ci-dessus).

Mais la véritable situation catastrophique dans laquelle vous allez être véritablement bloqué sans rien faire, c’est si par malheur votre code attend la réaction d’un humain : s’il est surpris, il va mettre au moins une seconde réelle à réagir, soit un milliard de secondes pour vous, ce qui équivaut à… près de 32 ans. Vous affichez la popup en débutant votre premier boulot, l’utilisateur clique quand vous commencez à penser à votre retraite. S’il est réactif.

Et voilà qui remets à notre échelle des unités très variées (ms, ns, parfois μs) que l’on utilise peu et donc appréhende mal surtout si elles sont mélangées ! J’espère ne pas m’être trop planté dans mes calculs, et que cette petite analogie filée vous aura permis de comprendre :

– La puissance réelle et affolante des microprocesseurs modernes ;
– Pourquoi on a plein de niveaux de cache, des pipelines et autres techniques pour que le processeur serve pendant les attentes, et pourquoi les SSD sont aussi agréables par rapport à des disques mécaniques ;
– Pourquoi c’est scandaleux que sur du matériel moderne on trouve des logiciels qui ne font rien de particulièrement complexe mais qui utilisent quand même tout le processeur.

Et ça c’est juste du côté matériel, sans même parler du rôle du système d’exploitation, qui va profiter d’une attente d’entrée/sortie pour changer de contexte ou mettre le processeur en veille. On comprends alors mieux l’intérêt des frameworks qui gèrent ces entrées/sorties de manière non bloquante.

Ma douche sauvée par la Bidouille d’Allaire

J’ai acheté une paroi de douche et une porte coulissante en verre sur le bon coin.
Je pensais avoir fait une bonne affaire, mais pas tant que ça :
ayant posé le placo, fait la plomberie, monté la paroi de douche, posé le carrelage ; je pensais pouvoir bientôt terminer la douche !!!

Mais voilà, au moment du montage de la porte, nous réalisons qu’il manque deux supports en plastique qui tiennent et guident une roulette dans une gorge…..

Je me précipite alors sur internet pour retrouver cette pièce manquante, impossible à trouver !

J’avais cependant trouver les roulettes sur un site ukrainien mais il me manquait les deux supports !

L’histoire se termine bien grâce à l’atelier Bioduille d’Allaire du Vendredi soir à la Médiathèque qui parvient à modéliser et imprimer ces deux pièces maîtresses, une gauche et une droite, symétriques !
Comme quoi, c’est bien utile ces petites bidouilles !

 

Sandrine

Lumière sur l’Arduino avec de la couleur et des LED !

Aujourd’hui je vais vous parler d’un de mes projets  ayant pour objectif de créer un ruban de LED  créant une ambiance lumineuse colorée dans une pièce.

Pour ce projet j’ai choisi d’utiliser la carte Arduino. La carte Arduino se programme facilement et donc on peut faire un peu tout ce qu’on veut avec.

 

Pour l’éclairage de la pièce, mon choix s’arrêta rapidement sur la technologie LED du fait de sa faible consommation électrique, de sa faible chauffe et de sa bonne durée de vie.

Maintenant, choisissons la couleur de la LED !

Rouge, vert ou bleu ?

Eh, attendez ! Moi je veux toutes les couleurs !

J’ai donc choisi les diodes électroluminescente de type RGB.  Car elles permettent d’avoir accès à différentes combinaisons de couleurs pour l’éclairage.

Je me suis posé la question si il fallait les piloter individuellement ou en même temps.

J’ai longuement hésité pour enfin partir sur la solution des LED pilotées individuellement.

Mais ça nécessite beaucoup de fils me direz vous !

Si pour l’analogique c’est effectivement le cas, ça ne l’est pas avec un bus numérique qui ne nécessite qu’un seul fil !

Je me suis arrêté sur le  ruban de LED RGB WS2812 de 5 mètres.

Il est utilisable uniquement en intérieur même si la solution utilisable en extérieur existait.

C’est un ruban ou chaque LED (environs 150) utilise des fils d’alimentation (+ et -), et un seul fil pour les piloter et c’est là tout l’intérêt d’un bus de données.

Les LED WS2812 peuvent afficher 16 777 216 couleurs différentes et 256 niveaux de luminosité différentes avec une fréquence de rafraîchissement de 400 Hz ( 400 fois par seconde).

Pour ceux qui veulent en savoir plus sur le ruban de LED voici la documentation en Anglais bien sûr.

J’ai aussi trouvé la documentation  de chaque LED WS2812.

Le ruban à été acheté sur le site Tmart.com :  voici le lien pour les acheter.


Installation du matériel

L’installation n’a pas été si compliquée. Je vous montre le schéma :

 

Je me suis vite rendu compte que l’alimentation que j’avais pris de 5 V/ 2 A était très juste car les LED consommait au total 7,5 A.

J’ai donc commandé une alimentation de 5V / 10A sur Amazon.  Elle s’avère plus puissante que l’ancienne et arrive à fournir en intensité le ruban de LED. Du fait qu’elle est supérieure au courant total consommé Alimentation 10 A >  Ruban LED 7,5 A.

J’ai également profité pour intégrer la nouvelle alimentation dans un boîtier pour isoler le 230 V (car c’est très dangereux).

J’ai prix une ancienne alim de PC dont j’ai enlevé la carte électronique puis enlever tout les fils qui était en trop.

J’ai relié le connecteur 230 V de l’alimentation de PC à l’alimentation 5V/10A puis j’ai sorti le V+ qui correspond au 5V et le V- qui correspond à la masse pour pouvoir alimenter directement sur le ruban de LED.

J’en ai aussi profité pour alimenter directement l’Arduino qui utilisait avant une alimentation externe pour fonctionner.

Pour la programmation rien de plus simple  j’ai téléchargé une bibliothèque développée par l’équipe d’Adafruit pour piloter les LED RGB comme je le voulais.

Bien sûr après il faut comme même programmer les effets que l’on veux.

/!\ Attention tant que vous n’avez pas envoyée les commandes, les LED restent éteintes même si vous les avez branchées.

Développement du programme

Pour cela je suis parti d’une structure de base :


#include <Adafruit_NeoPixel.h> // Charge la librairie Neo Pixel d'Adafruit utilisé pour piloter le ruban de LED

#define PIXEL_PIN 6 // On définit le pin où est connecté la patte DATA du bandeau
#define PIXEL_COUNT 150 // On définit le nombre de LED compris sur le Ruban de LED soit 150 pour le ruban de 5m50

Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(PIXEL_COUNT, PIXEL_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800); // Paramètre l'objet strip qui correspond à toute les LED du ruban
 
void setup() {
   strip.begin(); // Lance la connection
   strip.show(); // Initialise toute les led à 'off'
}

/* Définition des couleurs */
int RED[3] = {255, 0, 0}; // Couleur Rouge
int GREEN[3] = {0, 255, 0}; // Couleur Verte
int CYAN[3] = {0, 255, 255}; // Couleur Cyan
int YELLOW[3] = {255, 125, 0}; // Couleur Jaune
int ORANGE[3] = {255, 40, 0}; // Couleur Orange
int PURPLE[3] = {255, 0 , 255}; // Couleur Violette
int PINK[3] = {255, 0, 100}; // Couleur Rose
int BLUE[3] = {0, 0, 255}; // Couleur Bleu
int WHITE[3] = {255, 255, 255}; // Couleur Blanche

void loop() {
  strip.setBrightness(100); // Règle la luminosité à 100 % de la luminosité maximale
}
Structure de base du programme

La partie setup ne fait qu’initialiser les 150 LED à l’état éteint. C’est dans la partie loop que le programme sera joué en boucle. J’ai donc commencé par créer pour chaque effet une fonction.

Création de divers effets

Le chenillard de LED

Le premier que j’ai créé est un effet de chenillard de LED dans un sens dont voici le code :

void chenillardUp(int temps, int r, int v, int b)
{
  for(int i = 0 ; i < 150 ; i++)
  {
     strip.setPixelColor(i, r, v, b);
        strip.show();
            strip.setPixelColor(i, 0, 0, 0);
        strip.show();
          delay(temps);  
  }
}
Chennilard de LED

Ensuite il suffit de l’intégrer dans le loop et le tour est joué :

#include <Adafruit_NeoPixel.h>
 
// On définit le pin où est connecté la patte DATA du bandeau
#define PIN 6
 
// Parameter 1 = number of pixels in strip
// Parameter 2 = pin number (most are valid)
// Parameter 3 = pixel type flags, add together as needed:
//   NEO_KHZ800  800 KHz bitstream (most NeoPixel products w/WS2812 LEDs)
//   NEO_KHZ400  400 KHz (classic 'v1' (not v2) FLORA pixels, WS2811 drivers)
//   NEO_GRB     Pixels are wired for GRB bitstream (most NeoPixel products)
//   NEO_RGB     Pixels are wired for RGB bitstream (v1 FLORA pixels, not v2)
 
//Ici, le 150 correspond au nombre de led
Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(150, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
 
void setup() {
  strip.begin();
  strip.show(); // Initialise toute les led à 'off'
}
 
void loop() {
// La première valeur correspond au temps, la seconde  à l'intensité du rouge, la troisième au vert, et la quatrième au bleu
  chenillardUp(10, 255, 255, 255); 
}

Résultat :

Allumage de toutes les LED du ruban (avec choix de la couleur)

Voici le code de la fonction pour l’allumage de toutes les LED :

void all(int temps, int r, int v, int b)
{
   for(int i = 0 ; i < 150 ; i++)
  {
     strip.setPixelColor(i, r, v, b);
  }
  strip.show();
   delay(temps); 
}
Allumage de l'ensemble du bandeau de LED

Avec le résultat :

Allumage de toute les LED de façon progressive

Voici le code de la fonction pour l’allumage de toute les LED de façon progressive :

void progressiveUp(int temps, int r, int v, int b)
{
  for(int lumi = 0 ; lumi < 100 ; lumi++)
  {
     for(int i = 0 ; i < 150 ; i++)
    {
       strip.setPixelColor(i, r, v, b);
    }
    strip.setBrightness(lumi); 
    strip.show();
     delay(temps);
  }
}
Allumage de toute les LED de facon progressive

Avec le résultat :

Allumage en chenillard de façon progressive

Voici le code pour allumer toutes les LED progressivement :

void progressiveUp(int temps, int r, int v, int b)
{
  for(int lumi = 0 ; lumi < 100 ; lumi++)
  {
     for(int i = 0 ; i < 150 ; i++)
    {
       strip.setPixelColor(i, r, v, b);
    }
    strip.setBrightness(lumi); 
    strip.show();
     delay(temps);
  }
}
Allumage en chenillard de toute les LED

Résultat :

Animation de séquence de 9 couleurs à la suite

Le code :

void anim_nineColor(int temps)
{
  for(int i = 0 ; i < PIXEL_COUNT ; i = i + 9)
  {
   strip.setPixelColor(i, RED[0], RED[1], RED[2]);
   strip.setPixelColor(i+1, GREEN[0], GREEN[1], GREEN[2]);
   strip.setPixelColor(i+2, CYAN[0], CYAN[1], CYAN[2]);
   strip.setPixelColor(i+3, YELLOW[0], YELLOW[1], YELLOW[2]);
     strip.setPixelColor(i+4, ORANGE[0], ORANGE[1], ORANGE[2]);
     strip.setPixelColor(i+5, PURPLE[0], PURPLE[1], PURPLE[2]);
     strip.setPixelColor(i+6, PINK[0], PINK[1], PINK[2]);
     strip.setPixelColor(i+7, BLUE[0], BLUE[1], BLUE[2]);
     strip.setPixelColor(i+8, WHITE[0], WHITE[1], WHITE[2]);
  }  
   strip.show();
   delay(temps);
}

Effet de vague

Le code :

/*
  Animation : Effet de vague avec toute les couleur
    > uint8_t wait => temps d'attente en ms
 */
  
void anim_rainbowCycle(uint8_t wait) {
  uint16_t i, j, numbers;
  numbers = 256 * 5;
  


  for(j=0; j < numbers; j++) { // 5 cycles of all colors on wheel
    for(i=0; i < PIXEL_COUNT; i++) {
      strip.setPixelColor(i, Wheel(((i * 256 / PIXEL_COUNT) + j) & 255));
    }
    strip.show();
    delay(wait);
  }
}

Effet de lumière façon manège

Le code :

/*
  Animation : Effet lumière manège
    > uint8_t wait => temps d'attente en ms
 */
 
void anim_theaterChaseRainbow(uint8_t wait) {
  
  for (int j=0; j < 256; j++) {     // cycle all 256 colors in the wheel
    for (int q=0; q < 3; q++) {
      for (int i=0; i < PIXEL_COUNT; i=i+3) {
        strip.setPixelColor(i+q, Wheel( (i+j) % 255));    //turn every third pixel on
      }
      strip.show();
  
      delay(wait*2.5);

      for (int i=0; i < PIXEL_COUNT; i=i+3) {
        strip.setPixelColor(i+q, 0);        //turn every third pixel off
      }
    }
  }
}

Effet de flamme

Le code :

/*
  Animation : Effet flame
 */
 
void anim_fire()
{
int r = ORANGE[0];
int g = ORANGE[1]+5;
int b = ORANGE[2];

int variation = 45;

for(int x = 0; x <PIXEL_COUNT; x++)
{
int flicker = random(0,variation);
int r1 = r-flicker;
int g1 = g-flicker;
int b1 = b-flicker;
if(g1<0) g1=0;
if(r1<0) r1=0;
if(b1<0) b1=0;
strip.setPixelColor(x,r1,g1, b1);
}
strip.show();
delay(random(50,115));
}

Effet moitié 1 couleur, moitié autre couleur

Le code :

/*
  Animation : Effet deux couleur
  > int temps => temps en ms
  > int colorLeft => Couleur de Gauche
  > int colorRight => Couleur de Droite
*/
 
void anim_allBiColor( int temps, int colorLeft[3], int colorRight[3])
{

        for(int i = 0 ; i < PIXEL_COUNT/2 ; i++)
            {
               strip.setPixelColor(i, colorRight[0], colorRight[1], colorRight[2]);
            }
            for(int i = PIXEL_COUNT/2 ; i < PIXEL_COUNT ; i++)
            {
               strip.setPixelColor(i, colorLeft[0], colorLeft[1], colorLeft[2]);
            }
          strip.show();
           delay(temps);
  
}

Changement d’une couleur à une autre

Le code :

/*
  Animation : Changement d'une couleur à une autre de manière progressive
    > int temps => temps d'attente en ms
    > int colorDebut => Couleur 1
     > int colorFin => Couleur 2
 */
 
void anim_changeColor(int temps, int colorDebut[3], int colorFin[3])
{
  
  int color[3] = {0};
  
  color[0] = colorDebut[0];
  color[1] = colorDebut[1];
  color[2] = colorDebut[2];
  
 while(color[0] != colorFin[0] || color[1] != colorFin[1] || color[2] != colorFin[2])
  {
    
    if(color[0] > colorFin[0])
    {
      color[0]--;
    }
    else if(color[0] < colorFin[0])
    {
      color[0]++;
    }
    
     if(color[1] > colorFin[1])
    {
      color[1]--;
    }
    else if(color[1] < colorFin[1])
    {
      color[1]++;
    }
    
     if(color[2] > colorFin[2])
    {
      color[2]--;
    }
    else if(color[2] < colorFin[2])
    {
      color[2]++;
    }
    
  
    
    
    anim_all(temps, color);
  }
}

Résultat :

 

Enregistrer

Enregistrer

Enregistrer

Enregistrer

Enregistrer

Enregistrer

Enregistrer

Enregistrer