Mot (architecture informatique)

En architecture informatique, un mot est une unité de base manipulée par un microprocesseur. On parle aussi de mot machine. La taille d’un mot s’exprime en bits, parfois même en octets. Elle est souvent utilisée pour classer les microprocesseurs (32 bits, 64 bits, etc.). Toutes choses étant égales par ailleurs, un microprocesseur est d’autant plus rapide que ses mots sont longs, car les données qu'il traite à chaque cycle sont plus importantes. Sur les microprocesseurs qui peuvent manipuler différentes tailles de données, la taille des mots est choisie arbitrairement, dans le but d’avoir une convention de nommage (en particulier, les instructions dont le mnémonique ne contient pas d’indication explicite de taille s’appliquent à des mots). On prend généralement la taille des principaux registres de données, ou la taille du bus de données.

Les ordinateurs grand public modernes et processeurs modernes utilisent généralement des données de 8, 16, 32 ou 64 bits, bien que d'autres tailles soient possibles. Ces tailles ont été historiquement fixées par l'architecture matérielle, qui a évolué au cours des âges. Avec l'interopérabilité, la nomenclature la plus couramment utilisée par les éditeurs de langages de développement logicielle est normalisée comme suit :

• donnée de 8 bits : « octet », parfois abusivement « byte » ;
• donnée de 16 bits : « word » ou « mot », parfois « seizet » voire « doublet » ;
• donnée de 32 bits : « dword » ou « double mot », parfois (rarement) « trente-deuzet » ;
• donnée de 64 bits : « qword » ou « quadruple mot ».

En revanche, au niveau architecture matérielle, le « mot » est fondamentalement la taille du bus mémoire, soit la taille de la donnée unitaire capable de transiter entre les zones de stockage mémoire et les registres du processeur central (voir plus bas). Cette taille n'est pas normalisée, mais est généralement un multiple entier ou fractionnaire du mot « logiciel », c'est-à-dire un multiple de 16.

Utilisation

En fonction de l'architecture étudiée, une donnée unitaire réduite au mot peut être utilisée pour :

Nombre réel à virgule fixe

Le nombre réel à virgule fixe sert à contenir un nombre à virgule fixe ; classiquement un entier, une valeur numérique disponible en une ou plusieurs capacités, mais l'une de ces tailles sera quasiment toujours le mot.

Les autres tailles, s'il y en a, étant des fractions ou des multiples du mot, et de l'entier de référence, pour des raisons d'optimisation de la mémoire : lorsque mises à disposition au sein du processeur, les valeurs multiples iront dans un registre ajusté à la taille d'un ou plusieurs mots.

Nombre à virgule flottante

Le nombre à virgule flottante contient un nombre réel à virgule flottante, valeur numérique classiquement de la taille d'un mot, ou d'un multiple d'un mot.

Adresse

L'adresse contient un pointeur vers un emplacement de mémoire, et doit par conséquent être de la taille nécessaire pour pouvoir adresser n'importe quel emplacement en mémoire, sans être exagérément large. La taille est souvent ajustée au mot, permettant d'adresser la capacité mémoire, mais elle peut aussi être une fraction de la taille d'un mot.

Registre

Le registre de processeur est conçu pour avoir une taille adaptée à la taille de la donnée qu'il devra contenir, par exemple, un entier, virgule flottante ou pointeur. De nombreuses architectures utilisent des « registres multi-usages » pouvant contenir de nombreux types de données ; ils doivent alors être dimensionnés pour pouvoir recevoir le type de données le plus grand. Historiquement, cette taille est celle du mot de l'architecture étudiée, bien que, pour des besoins particuliers, de nouveaux registres aient progressivement été ajoutés pour pouvoir gérer les nouveaux types de données.

Variables du processeur de transfert mémoire

Lorsque le processeur effectue des transferts entre la mémoire et ses propres registres, la quantité de données à transmettre est habituellement celle d'un mot. Dans les architectures mémoire simples, le mot est transféré jusqu'à la mémoire via le bus mémoire, qui a généralement une largeur d'un mot, ou d'un demi-mot. Dans les architectures qui gèrent une mémoire cache, les transferts de la taille d'un mot sont ceux entre le processeur et le premier niveau de cache ; aux autres niveaux dans la hiérarchie de mémoire, ce sont des transferts plus volumineux (d'une taille d'un multiple d'un mot) qui sont utilisés.

Unité d'adressage

Pour une architecture donnée, les adresses successives désignent des unités de mémoire successives ; cette unité est l'unité d'adressage. Pour la plupart des ordinateurs, elle a la taille d'un « char », c'est-à-dire un octet, ou un mot. Quelques architectures ont une unité d'adressage de la taille d'un bit. Si cette unité est un mot, alors une quantité de mémoire plus importante peut être adressée en utilisant une adresse d'une taille arbitraire à la contrepartie d'une complexité accrue pour l'adressage d'un unique byte. En corollaire, si l'unité d'adressage est un byte, les « chars » peuvent être adressés directement (par exemple durant les entrées/sorties mémoire).

Instructions

Une instruction en langage machine est normalement de la taille d'un mot, comme dans les architectures RISC, ou de la taille d'un de ses multiples. C'est un choix naturel dans la mesure où les instructions et les données partagent la même mémoire dans le système. Dans l'architecture Harvard, les tailles des mots des instructions et des données ne sont pas reliées, dans la mesure où les données sont stockées dans des mémoires différentes ; par exemple, le processeur au sein du commutateur téléphonique 1ESS a des jeux d'instruction sur 37 bits, et des emplacements mémoire basés sur des mots de 23 bits.

Évolution de la taille des mots à travers les années

key : b : bits, d : "digit" décimal, w : taille du mot (word) dans l'architecture, n : taille des variables
Année	Computer architecture	Taille du mot w	Taille des Entiers	Taille des Virgule flottante	Taille des Instructions	Adresse unitaire resolution	Taille du caractère
1837	Babbage Machine analytique	50 d	w	—	Cinq cartes différentes ont été utilisées pour différents usages, la taille exacte des cartes n'est pas connue	w	—
1941	Zuse Z3	22 b	—	w	8 b	w	—
1942	ABC	50 b	w	—	—	—	—
1944	Harvard Mark I	23 d	w	—	24 b	—	—
1946 (1948) {1953}	ENIAC (w/ Panel #16) {w/ Panel #26}	10 d	w, 2w (w) {w}	—	— (2d, 4d, 6d, 8d) {2d, 4d, 6d, 8d}	— — {w}	—
1951	UNIVAC I	12 d	w	—	½w	w	1 d
1952	IAS machine	40 b	w	—	½w	w	5 b
1952	Fast Universal Digital Computer M-2	34 b	w?	w	34 b = 4 b d'opcode plus 3× 10 b d'addresse	10 b	—
1952	IBM 701	36 b	½w, w	—	½w	½w, w	6 b
1952	UNIVAC 60	n d	1d, ... 10d	—	—	—	2d, 3d
1953	IBM 702	n d	0d, ... 511d	—	5d	d	1 d
1953	UNIVAC 120	n d	1d, ... 10d	—	—	—	2d, 3d
1954 (1955)	IBM 650 (w/IBM 653)	10 d	w	— (w)	w	w	2 d
1954	IBM 704	36 b	w	w	w	w	6 b
1954	IBM 705	n d	0d, ... 255d	—	5d	d	1 d
1954	IBM NORC	16 d	w	w, 2w	w	w	—
1956	IBM 305	n d	1d, ... 100d	—	10d	d	1 d
1957	Autonetics Recomp I	40 b	w, 79 b, 8d, 15d	—	½w	½w, w	5 b
1958	UNIVAC II	12 d	w	—	½w	w	1 d
1958	SAGE	32 b	½w	—	w	w	6 b
1958	Autonetics Recomp II	40 b	w, 79 b, 8d, 15d	2w	½w	½w, w	5 b
1958	Setun	6 trit (~9.5 b)	jusqu'à 6 trits		jusqu'à 3 trits		4 trits?
1959	IBM 1401	n d	1d, ...	—	d, 2d, 4d, 5d, 7d, 8d	d	1 d
1959 (TBD)	IBM 1620	n d	2d, ...	— (4d, ... 102d)	12d	d	2 d
1960	LARC	12 d	w, 2w	w, 2w	w	w	2 d
1960	CDC 1604	48 b	w	w	½w	w	6 b
1960	IBM 1410	n d	1d, ...	—	d, 2d, 6d, 7d, 11d, 12d	d	1 d
1960	IBM 7070	10 d	w	w	w	w, d	2 d
1960	PDP-1	18 b	w	—	w	w	6 b
1960	Elliott 803	39 b 1 parity
1961	IBM 7030 (Stretch)	64 b	1b, ... 64b, 1d, ... 16d	w	½w, w	b, ½w, w	1 b, ... 8 b
1961	IBM 7080	n d	0d, ... 255d	—	5d	d	1 d
1962	GE-6xx	36 b	w, 2 w	w, 2 w, 80 b	w	w	6 b, 9 b
1962	UNIVAC III	25 b	w, 2w, 3w, 4w, 6d, 12d	—	w	w	6 b
1962	Autonetics D-17B Calculateur de guidage du Minuteman I	27 b	11 b, 24 b	—	24 b	w	—
1962	UNIVAC 1107	36 b	⅙ w, ⅓w, ½w, w	w	w	w	6 b
1962	IBM 7010	n d	1d, ...	—	d, 2d, 6d, 7d, 11d, 12d	d	1 d
1962	IBM 7094	36 b	w	w, 2w	w	w	6 b
1963/1966	PDP-6/PDP-10	36 b	w	w, 2 w	w	w	6 b, 9 b (typical)
1963	Gemini Guidance Computer	39 b	26 b	—	13 b	13 b, 26 b	—
1963 (1966)	Apollo Guidance Computer	15 b	w	—	w, 2w	w	—
1963	Saturn Launch Vehicle Digital Computer	26 b	w	—	13 b	w	—
1964	CDC 6600	60 b	w	w	¼w, ½w	w	6 b
1964	Autonetics D-37C Calculateur de guidage du Minuteman II	27 b	11 b, 24 b	—	24 b	w	4 b, 5 b
1965	IBM 360	32 b	½w, w, 1d, ... 16d	w, 2w	½w, w, 1½w	8 b	8 b
1965	UNIVAC 1108	36 b	⅙ w, ¼w, ⅓w, ½w, w, 2w	w, 2w	w	w	6 b, 9 b
1965	PDP-8	12 b	w	—	w	w	8 b
1970	PDP-11	16 b	w	2w, 4w	w, 2w, 3w	8 b	8 b
1971	Intel 4004	4 b	w, d	—	2w, 4w	w	—
1972	Intel 8008	8 b	w, 2d	—	w, 2w, 3w	w	8 b
1972	Calcomp 900	9 b	w	—	w, 2w	w	8 b
1974	Intel 8080	8 b	w, 2w, 2d	—	w, 2w, 3w	w	8 b
1975	ILLIAC IV	64 b	w	w, ½w	w	w	—
1975	Motorola 6800	8 b	w, 2d	—	w, 2w, 3w	w	8 b
1975	MOS Tech. 6501 MOS Tech. 6502	8 b	w, 2d	—	w, 2w, 3w	w	8 b
1976	Cray-1	64 b	24 b, w	w	¼w, ½w	w	8 b
1976	Zilog Z80	8 b	w, 2w, 2d	—	w, 2w, 3w, 4w, 5w	w	8 b
1978 (1980)	16-bit x86 (Intel 8086) (avec virgule flottante : Intel 8087)	16 b	½w, w, 2d	— (2w, 4w, 5w, 17d)	½w, w, ... 7w	8 b	8 b
1978	VAX	32 b	¼w, ½w, w, 1d, ... 31d, 1b, ... 32b	w, 2w	¼w, ... 14¼w	8 b	8 b
1979 (1984)	Famille Motorola 68000 (avec virgule flottante)	32 b	¼w, ½w, w, 2d	— (w, 2w, 2½w)	½w, w, ... 7½w	8 b	8 b
1985	IA-32 (Intel 80386) (avec virgule flottante)	32 b	¼w, ½w, w, 2d	— (w, 2w, 2½w, 17d)	¼w, ½w, w, ... 3¾w	8 b	8 b
1985	ARMv1	32 b	¼w, w	—	w	8 b	8 b
1985	MIPS	32 b	¼w, ½w, w	w, 2w	w	8 b	8 b
1991	Cray C90	64 b	32 b, w	w	¼w, ½w, 48b	w	8 b
1992	Alpha	64 b	8b, ¼w, ½w, w	w, 2w	½w	8 b	8 b
1992	PowerPC	32 b	¼w, ½w, w	w, 2w	w	8 b	8 b
1996	ARMv4 (avec Thumb)	32 b	¼w, ½w, w	—	w (½w, w)	8 b	8 b
2001	IA-64	64 b	8 b, ¼w, ½w, w	½w, w	41 b	8 b	8 b
2001	ARMv6 (avec VFP)	32 b	¼w, ½w, w	— (w, 2w)	½w, w	8 b	8 b
2003	x86-64	64 b	8b, ¼w, ½w, w	½w, w, 1¼w, 17d	8b, ¼w, ½w, w, ... 1⅞w	8 b	8 b
2013	ARMv8-A	64 b	8b, ¼w, ½w, w	½w, w	½w	8 b	8 b
key : b : bits, d : "digit" décimal, w : taille du mot (word) dans l'architecture, n : taille des variables

Articles connexes

• Mot (mathématiques)
• Octet
• Unité de mesure en informatique