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à‰volution sur la mémoire vive

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par Martial ZOUGOURI
Université catholique de Lille - Licence 2012
Dans la categorie: Informatique et Télécommunications
  

Disponible en mode multipage

 

EVOLUTION SUR LA MEMOIRE VIVE

 

REMERCIEMENT

Je tiens à remercier dans un premier temps, toute l'équipe pédagogique de la licence 2 Science de l'ingénieur mention informatique de la FLST de l'université Catholique de Lille pour avoir assuré la partie théorique de ma formation.

Je remercie particulièrement le responsable du cours de projet bibliographique Mr Bruno MILHAU, enseignant-chercheur, Université Catholique de Lille pour avoir assuré la partie théorie de ce cours et aussi pour sa disponibilité.

Je remercie tout particulièrement Monsieur Guilbert, professeur de programmation et également mon professeur référent, pour son aide, sa disponibilité et ses conseils avisés durant la rédaction de mon projet.

 

EVOLUTION SUR LA MEMOIRE VIVE

 

INTRODUCTION

L'informatique, science du traitement automatique de l'information est apparue au vingtième siècle et a connu une évolution extrêmement rapide. En effet, de nombreuses fonctionnalités telles que l'automatisation, le partage d'information, le contrôle ou la communication se sont associées à l'informatique et ont permis son évolution.

De ce fait, le circuit permettant de gérer la taille les informations contenues dans un ordinateur est appelé la mémoire. Cette capacité de mémorisation explique la polyvalence des systèmes numériques et leur adaptabilité à de nombreuses situations.

La mémoire principale d'un ordinateur se décompose en deux types de mémoire : la mémoire vive (RAM)1 chargée de stocker les données intermédiaires ou les résultats de calculs et la mémoire morte ROM2 (chargée de stocker le programme. C'est une mémoire à lecture seule.

De nos jours, la taille de la mémoire équipant un ordinateur toujours insuffisante et nécessite d'être augmenté pour stocker un maximum d'information et de les restituer en temps voulu.

Il était impensable, récemment encore qu'un PC (ordinateur personnel) dispose de plus de un ou deux Mo (méga-octets)3 de mémoire.

Actuellement, la plupart des systèmes ont besoin de 64 Mo pour pouvoir gérer les applications de base sur un ordinateur. De ce fait, pour parvenir à des performances optimales avec les applications graphiques et les logiciels multimédia, 256 Mo et plus sont indispensables.

Pour se rendre compte des changements intervenus au cours des deux dernières décennies, il suffit de se remémorer une déclaration de Bill Gates, formulée en 1981 à propos de la mémoire des ordinateurs: «640 Ko (environ 1/2 mégabits) devraient suffire à tout le monde».

D'aucun affirme que le problème de la mémoire se résume à une équation simple : plus il y a de mémoire et mieux c'est pour qu'un ordinateur fonctionne normalement.

L'ambition de mon projet est non seulement de définir la mémoire vive (RAM) mais aussi de montrer la constante évolution de la capacité de stockage d'un ordinateur.

De ce fait, je développerai dans un premier temps la présentation et le rôle mémoire vive dans un ordinateur et dans un deuxième temps l'évolution technologique d'une mémoire vive.

1 RAM : Random Access Memory

2 ROM = Read Only Memory

3 Méga-octet : Unité de mesure de la quantité de donnée informatique.

 

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I - PRESENTATION DE LA MEMOIRE VIVE

1- Définition

Une mémoire c'est l'aptitude à se souvenir ou se rappeler de quelque chose.

Dans le dispositif d'un ordinateur, la mémoire est un organe qui permet le stockage, l'enregistrement et la restitution d'information nécessaire à l'exécution d'un programme.

Communément appelé Random Access Memory (RAM) ou " mémoire à accès aléatoire, la mémoire vive est la mémoire informatique qui favorise un espace de travail dans lequel se chargent les applications, et où a lieu le stockage des résultats des traitements d'information par le microprocesseur4.

Ces informations peuvent être conservées de manière temporaire lorsque l'ordinateur est alimenté en électricité. En effet les données contenues dans la mémoire vive sont irrémédiablement effacées lorsque l'alimentation électrique est coupée ou est hors tensions.

Par opposition à la mémoire morte qui est capable de conserver les données même en l'absence de courant électrique, la mémoire vive peut être modifiée à l'infini.

La mémoire vive est assez souvent confondue à la mémoire de stockage lorsqu'il s'agit de capacité de stockage. En effet le terme de mémoire correspond à la taille de la RAM placée dans l'ordinateur, alors que la mémoire de stockage est la capacité du disque dur.

4Microprocesseur : organe de traitement de l'information constitué de circuits électriques intégrés.

 

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1.1. Intérêts de la mémoire vive

La mémoire vive occupe une place très importante au coeur fonctionnement interne d'un ordinateur. Elle peut-être exploitée à tout moment de l'utilisation de l'ordinateur, dès son démarrage, et durant l'utilisation de n'importe quelle application.

La RAM est présente sous la forme de différentes barrettes introduites directement sur la carte mère5, et sur lesquels sont fixés des circuits intégrés.

La RAM se présente également sous la forme de mémoire cache, à l'intérieur de nombreux périphériques (disque dur, imprimante, carte graphique...).

Autrefois, la mémoire vive se présentait sous la forme de circuits intégrés individuels à insérer sur la carte mère. Elle n'est plus utilisée de cette façon depuis longtemps.

La mémoire vive, quel que soit son type, est conçu pour stocker des informations, qui sont perdues lorsque l'ordinateur est éteint. En effet, la mémoire vive conserve les informations uniquement lorsqu'elle est sous tension.

La mémoire RAM est exploitée à tout moment de l'utilisation d'un ordinateur. Pour mieux illustrer l'importance de la mémoire Ram, nous allons faire la comparaison d'un ordinateur à un poste de travail lambda, équipé d'un bureau et d'un classeur.

Le classeur renvoi au disque dur de l'ordinateur et contient les documents et renseignements dont nous avons généralement besoin pour travailler. Nous récupérons les documents importants pour le traitement d'une tâche dans le classeur et nous les posons sur le bureau qui est notre espace de travail.

Le bureau représente donc la mémoire RAM de notre ordinateur, nous disposons sur le bureau d'informations nécessaires au traitement d'une tâche.

La métaphore de notre analyse, c'est d'imaginer que pour posséder plus de dossier sur notre espace de travail, nous avons besoins d'élargir la taille de notre bureau afin de trouver d'un seul coup d'oeil les informations nécessaires.

Nous pouvons dire que le rôle de la RAM comme tout composant électrique, c'est de stocker de manière temporaire les données car dès qu'elle mise hors tension les données sont définitivement perdues.

5 La carte mère : (en anglais « mainboard » ou « motherboard ») est la carte permettant la connexion de l'ensemble des éléments essentiels (comme la mémoire) du mcro-ordinateur. ( wikipedia.org)

 

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1.2. Organisation d'une mémoire vive

Une mémoire peut-être indiquée comme une armoire de rangement constituée de différents casiers. Chaque casier représente alors une case mémoire qui peut comporter un seul élément: des données (informations). Le nombre de cases mémoires pouvant être très élevés, il est alors indispensable de pouvoir les identifier par un numéro. Ce numéro est appelé adresse. Chaque donnée devient ainsi accessible grâce à son adresse.

6 = 110 5 = 101 4 = 100 3 = 011 2 = 010 1 = 001 0 = 000

Adresses Case mémoire

7 = 111

000000000

Avec une adresse de x bits6 il est facile de référencer au plus 2x cases mémoire. Chaque case est remplie par une quantité de données (sa longueur m est perpétuellement une puissance de 2). Le nombre de fils ou lignes d'adresses d'un boîtier mémoire définit donc le nombre de cases mémoire que comprend le boîtier. Le nombre de ligne de données définit la taille des données que l'on peut sauvegarder dans chaque case mémoire. En plus du bus d'adresses et du bus de données, un boîtier mémoire comprend une entrée de commande qui permet de définir le type d'action que l'on réalise avec la mémoire (lecture/écriture) et une entrée de sélection qui permet de mettre les entrée/sorties du boîtier en haute impédance.

6 Le bit : c'est la plus petite unité d'information

 

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1.3. Brochage d'une mémoire

Présentons le brochage simple d'une puce mémoire

- A0 à An : c'est une adresse mémoire des données.

- D0 à Dn : broches de sortie ou entrée des données.

- CS (Chip select) : sélection du boîtier.

- S : autorise les données présentes sur les broches de sortie ou d'entrée à être écrites ou lues.

- Vcc : c'est une broche d'alimentation. La tension à cette broche doit être comprise entre 2V et 5.5V.

- Vss: est la broche de masse, elle doit être reliés à la masse.

 

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1.4 Principe de fonctionnement

Précédemment, nous avons indiqué que la mémoire sert à stocker et à restituer les informations sur l'ordinateur lorsqu'il est sous tension. Le principe de fonctionnement de la mémoire c'est que ces informations sont rapidement stockées à un endroit accessible pour la CPU (unité centrale de l'ordinateur).

L'unité centrale de l'ordinateur est appelé le cerveau de la machine car il constitue un espace où s'effectuent les calculs.

Le jeu de puce de l'ordinateur appelé chipsets vient soutenir les tâches de l'unité centrale car il comprend plusieurs contrôleurs qui permettent de gérer la manière dont l'information circule entre le processeur et les autres composants du système.

Le contrôleur de mémoire qui fait partie du jeu de puce commande les informations entre la mémoire et l'unité centrale de la machine.

Lorsque l'unité centrale souhaite avoir des informations en mémoire, elle envoie une requête, qui est gérée par le contrôleur de mémoire. De ce fait ce dernier transmet la demande d'information à la mémoire et par la suite indique à l'unité centrale quand elle pourra disposer de l'information.

La mémoire vive est formée de centaines de milliers de petits condensateurs7 contenant des charges. Lorsque le condensateur est chargé, son état logique est égal à 1 sinon dans le cas contraire il est égal à 0.

Les condensateurs doivent être constamment chargés car ils se déchargent rapidement (le terme exact c'est rafraichir la mémoire).

Un condensateur est lié à un transistor8 qui permet la récupération ou la modification de l'état du condensateur. Ces transistors sont rangés sous forme de tableau ou de matrice, en d'autres termes l'on peut accéder à une case mémoire appelée point mémoire, par une ligne et une colonne.

7 Condensateurs : Appareil servant à emmagasiner une charge électrique

8 Transistor : dispositif à semi-conducteur, replaçant un tube électronique

 

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Un point mémoire est caractérisé par une adresse qui correspond à un numéro de ligne et un numéro de colonne.

Par conséquent, il est donc conseillé d'utiliser des mémoires plus rapides car un ordinateur qui a une fréquence élevée, utilise des mémoires dont le temps d'accès est beaucoup plus long que le temps de cycle du processeur doit effectuer des cycles d'attente pour accéder à la mémoire.

Le schéma ci-dessous illustre le principe de fonctionnement la mémoire vive :

 

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1.5. Présentation physique

La mémoire est structurée au minimum en deux niveaux. La mémoire qui est dite principale et la mémoire secondaire. La mémoire principale permet un accès rapide à un coût beaucoup plus élevé, c'est une mémoire volatile, qui a pour rôle d'emmagasiner de l'information de façon permanente.

La mémoire secondaire, plus lente d'accès et beaucoup moins coûteuse, permet de stocker de large quantité de données de manière permanente. La différence entre les deux mémoires réside par rapport coûts.

La mémoire secondaire sera donc utilisée pour conserver les programmes et les données, tandis que la mémoire primaire permettra de manipuler les données et les programmes présentement en utilisation. C'est donc une architecture à deux niveaux dont le contrôle de l'échange d'information entre les mémoires primaires et secondaires est primordial. La difficulté de ce contrôle réside dans deux aspects essentiels :

1. L'insuffisance de la mémoire disponible pour un programme et ses données.

Le programmeur devra alors utiliser la méthode «overlaying»9. Cela permet de dispenser les mêmes espaces mémoire pour divers modules du programme et des données. Un programme principal est alors en charge de la gestion du chargement/déchargement des modules. Cette méthode est une perte de temps pour le programmeur.

2. Dans un environnement multiprogrammé, le programmeur ne sait pas à l'avance, combien d'espace sera disponible et où la mémoire sera localisée.

C'est pour ces raisons que le système d'exploitation gère l'information et l'échange entre les deux niveaux de mémoire.

9 Overlaying : superposant

 

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1.5 Caractéristiques techniques d'une mémoire

Les principales caractéristiques d'une mémoire sont les suivantes :

- La capacité indique la quantité d'informations que la mémoire peut stocker.

Elle se mesure en bits, en octet et en multiples de l'octet. Ainsi on rencontrera des données de 256 Mo, 512, 1 Go ...

- Le format des données est le nombre de bits que mémoriser par case mémoire. Il peut-être aussi appelé la largeur du mot mémorisable

- Le temps d'accès temps de latence est le délai nécessaire pour accéder à l'information. La mémoire centrale est d'un accès rapide, mesuré en nanosecondes (ns milliardième de seconde soit 10-9 s. Le rapport de temps entre une mémoire centrale rapide (RAM à 10 ns) et un disque dur rapide (10 ms) est de 1 000 000 soit, pour ramener cela à une échelle plus humaine équivalent à un accès à l'information en 1 s en mémoire centrale) contre un accès en à peu près 12 jours (en mémoire de masse).

- Le temps de cycle représente l'intervalle minimum qui doit séparer deux demandes successives de lecture ou d'écriture.

- Le débit : c'est le nombre maximum d'information lu écrites par seconde.

- Volatilité caractérise la performance des informations est volatile si elle dans la mémoire. L'information stockée si elle risque d'être altérée par un défaut d'alimentation électrique et non volatile dans le cas contraire.

- Une caractéristique, qui remplace maintenant le temps d'accès est la bande passante qui correspond au produit de la largeur du bus de données par la fréquence de ce dernier. Ainsi, avec un bus de données de 16 bits et une fréquence de bus mémoire de 800 Mhz on atteint une bande passante de 1.5 Go/s (800Mhz * 18/8/1024). Plus la bande passante est élevée, plus la mémoire est performante.

- Le type d'accès est la façon dont on accède à une information.

Une mémoire sur bande magnétique (disque dur) nécessitera, pour arriver à une information déterminée, de faire défiler tout ce qui précède (accès séquentiel) et alors que dans une mémoire électronique, on pourra accéder directement à l'information recherchée (accès direct).

- Le prix de revient de l'information mémorisée. En règle générale, les mémoires électroniques ont un coût de stockage aux bits relativement élevé ce qui explique leur fable capacité, alors les mémoires magnétique (disques durs) sont proportionnellement nettement moins onéreuses.

 

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Registre Mémoire cache

Mémoire vive Mémoire masse

Ainsi, la mémoire idéale possède une grande capacité avec des temps d'accès et temps de cycle très restreints, un débit élevé et non volatile.

Néanmoins les mémoires rapides sont également les plus onéreuses. C'est la raison pour laquelle des mémoires utilisant différentes technologiques sont utilisés dans un ordinateur, interfacées les unes avec les autres et organisées de façon hiérarchique.

Capacité

1ns

5 ns

10 ns

5 ms

Temps d'accès

 

Les mémoires les rapides sont situés en faible quantité proximité du processeur et les mémoires de masse, moins rapides servent à stocker les informations de manière permanente.

On peut donc classer les mémoires en deux types :

Mémoire centrale
(Electronique)

Mémoire de masse

(magnétique ou optique)

Avantages

Inconvénients

Avantage

Inconvénients

Très rapides

Généralement volatile

Peu chère

Assez volumineuses

Peu volumineuse

Chère

Non volatiles

Lentes

Directement adressable

De faible capacité

De grande capacité

 

Tableau 1 : Les deux grandes familles de mémoires.

 

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2- Différents types de mémoires vives

2.1 Les mémoires vives (RAM)

Les mémoires vives peuvent être écrites ou lues à volonté. Elles sont connues sous le terme générique de RAM parce que l'on peut accéder à n'importe quel emplacement mémoire et non pas parce que l'on y accède au hasard. L'inconvénient de ces mémoires provient surtout de leur volatilité, une coupure de courant faisant disparaître l'information. Par contre leurs temps d'accès sont très rapides, elles ne consomment que peut d'énergie et peuvent être lues, effacées et réécrites à volonté.

Elles servent surtout de mémoires de travail - mémoire centrale - mémoire cache.

La mémoire est un composant qui évolue actuellement assez vite, de concert avec les processeurs et les chipsets. L'accroissement des fréquences bus sur les cartes mères a induit un besoin de mémoire encore plus rapide. Une large gamme de mémoires vives est présente sur le marché et continue à évoluer. Les ordinateurs de nos jours commencent à disposer d'une mémoire de plusieurs Go de bande passante et de capacité, bien loin des tout premiers ordinateurs.

A l'intérieur de ces mémoires vives, on distingue deux catégories, dépendant du type de conception :

- Les RAM statiques

- Les RAM dynamiques

 

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2.2 Les RAM statiques

Les mémoires statiques ou SRAM (Static Random Acces Memory), onéreuses et encombrantes, ont l'immense avantage de pouvoir stocker des valeurs pendant une longue période sans devoir être rafraîchies. Cela permet des temps d'accès très court (8-20 ns). Par contre, elle est chère, volumineuse et grosses consommatrice d'électricité.

Les SRAM sont notamment utilisées pour les mémoires cache du processeur. Le bit mémoire d'une RAM statique est composé d'une bascule. Chaque bascule contient entre 4 et 6 transistors. (Voir annexe1).

Les mémoires statiques peuvent être assemblées pour former des mémoires plus grandes.

Tant que le circuit est alimenté, l'information est sauvegardée. La RAM statique est la plus rapide.

Les caractéristiques des mémoires RAM statiques :

- Conserve l'information indéfiniment (si tension)

- Est utilisé pour les mémoires caches et les microprocesseurs des petits systèmes - Le temps d'accès est court et très avantageux

2.3 Les RAM dynamiques

Dans la mémoire dynamique ou DRAM (Dynamic Ramdom Access Memory), la cellule de base est constituée non plus par une bascule à transistor, mais par la charge d'un condensateur. Comme tout condensateur présent des courants de fuites, il se décharge peu à peu et ce risque de fausser des informations contenues en mémoire. Par exemple, si un bit 1 est stocké dans la cellule, il s'efface peu à peu et risque de voir sa valeur à 0.

Pour y remédier, on procède régulièrement à la relecture et la réécriture des informations. C'est le rafraîchissement qui a lieu toutes les 15 millisecondes environ. Bien entendu, pendant le rafraîchissement, la mémoire est disponible en lecture comme en écriture, ce qui ralenti les temps d'accès.

Son temps d'accès est couramment de l'ordre de 60 à 70 nanosecondes.

En général les mémoires dynamiques, qui offrent une plus grande densité d'information et un coût par bit faible, sont utilisées lorsque le facteur vitesse est critique, notamment pour des mémoires de petites tailles comme les caches et les registres. (Voir annexe 2)

·

 

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Avantage:

La Case mémoire d'une RAM dynamique occupe quatre fois moins de place que celle d'une RAM statique.

La mémoire RAM dynamique consomme très peu.

· Inconvénients : La charge stockée dans le condensateur élémentaire fuit (résistance de fuite) et au bout de

quelques millisecondes, elle est presque complètement perdue.

En effet, l'existence de courants de fuite dans le condensateur contribue à sa décharge. Ainsi, Les données disparaîtront si on ne les régénère pas constamment (charge du condensateur).

Les RAM dynamiques nécessitent donc un rafraîchissement fréquent pour ensuite entretenir la mémorisation : il s'agit de lire l'information et de la recharger. Ce rafraîchissement nécessaire a certaines conséquences :

- il rend difficile la gestion des mémoires dynamiques car il faut tenir compte des opérations de rafraîchissement qui sont obligatoires.

- la durée de ces actions augmente le temps d'accès aux informations.

D'autre part, la lecture de l'information est nuisible. En effet, elle se fait par décharge de la capacité du point mémoire lorsque celle-ci est chargée. Donc toute lecture doit être suivie d'une réécriture.

Pour préserver cette information, il faut la rafraîchir (2 à 4 fois): cycle de lecture/écriture qui rétablit l'information. Cela contribue à retarder les accès à la mémoire.

·

 

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Conclusions RAM dynamique :

- une plus grande densité (4 fois)

- moins coûteuse (4 à 5 fois)

- une consommation plus faible (3 à 6 fois)

Mais :

- il faut prévoir le cycle de rafraîchissement10 - plus lente en temps d'accès

S'il faut peu de mémoire: on prendra de la RAM statique (prix global moins élevé). S'il faut une moyenne ou une grande mémoire : RAM dynamique.

En général les mémoires dynamiques, qui offrent une plus grande capacité d'information et un coût par bit plus faible, sont utilisées pour la mémoire centrale, alors que les mémoires statiques, plus rapides, sont utilisées lorsque la vitesse est critique, notamment pour des mémoires de petite taille comme les caches et les registres.

2.4 Les mémoires EDO et BEDO

· La mémoire EDO (Extended Data Out), la principale caractéristique de cette mémoire c'est qu'on a ajoutée, aux entrées de rangées, des bascules autorisant le chargement d'une nouvelle adresse en mémoire sans avoir à attendre le signal de validation de lecture.

Le temps d'accès à la mémoire EDO est de 50 à 60 nanosecondes pour une fréquence allant de 33 à 66 Mhz. N'étant pas capable de supporter des fréquences supérieures à 66 Mhz.

10 Rafraichissement : elle correspond au nombre de fois où le faisceau d'électron balaie verticalement la totalité de l'écran pour revenir au début de l'image suivant.

 

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La mémoire BEDO (Burst EDO) : c'est une des extensions de la mémoire EDO. On adresse plus qu'une unité mémoire individuellement lorsqu'il faut y lire ou écrire des données. On se contente de transmettre l'adresse de départ du processus de lecture/écriture et la longueur du bloc de données.

Ce procédé permet de gagner beaucoup de temps ; notamment avec les grands paquets de données tels qu'on en manipule avec les applications modernes.

Le mode BEDO à 66 Mhz, supporté par peu de chipset, a quasiment disparu sur le marché.

2.5 Formats de barrettes de mémoire vive

Il existe de milliers de différents types de mémoires vives. Celles-ci se présentent toutes sous la forme de barrettes de mémoire enfichables sur la carte mère. Les toutes premières mémoires se présentaient sous la forme de puces appelées DIP (Dual Inline Package). Désormais les mémoires se trouvent souvent sous la forme de barrettes, c'est-à-dire des cartes enfichables dans des connecteurs prévus à cet effet. On distingue ordinairement trois types de barrettes de RAM :

- les barrettes au format SIMM (Single Inline Memory Module) : Ce sont des circuits imprimés dont une des faces possède des puces de mémoire. Il existe deux types de barrettes SIMM, selon le nombre de connecteurs :

- les barrettes SIMM à 30 connecteurs (dont les dimensions sont (89x13mm) sont des mémoires 8 bits qui équipaient les premières générations de PC (de fréquences 286, 386). (Voir annexe3)

- les barrettes SIMM à 72 connecteurs (dont les dimensions valaient 108x25mm) sont des mémoires de 32 bits de données simultanément. Ils équipent les tous premiers ordinateurs pentiums allant du 386DX. Sur ces derniers le processeur travaille avec un bus de données d'une largeur de 64 bits, c'est la raison pour laquelle il faut certainement équiper ces ordinateurs de deux barrettes SIMM. Il n'est pas réalisable d'installer des barrettes 30 broches sur des emplacements à 72 connecteurs dans la mesure où un détrompeur (encoche au centre des connecteurs) en empêche l'enfichable. (Voir annexe4)


· les barrettes au format DIMM (Dual Inline Memory Module) sont des mémoires 64 bits deux fois supérieurs que les SIMM, ce qui explique pourquoi il n'est pas obligatoire de les grouper. Les barrettes DIMM contiennent des puces de mémoire de part et d'autre du circuit imprimé et ont finalement 84 connecteurs de chaque côté, ce qui les dote d'un total de 168 broches. En plus de leurs dimensions plus grandes que les barrettes SIMM (130x25mm) ces barrettes détiennent un second détrompeur pour éviter la confusion. (Voir annexe5).

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Il peut être intéressant de noter que les connecteurs DIMM ont été améliorés afin de faciliter leur insertion grâce à des leviers situés de part et d'autre du connecteur se trouvant sur la carte mère. Par contre, il existe des modules de plus petite taille, appelés SO DIMM (Small Outline Dimm), affectés plutôt aux ordinateurs portables. Les barrettes (SO DIMM) comportent uniquement 144 broches pour les mémoires 64 bits et 77 pour les mémoires 32 bits.

· les barrettes RIMM (en anglais Rambus Inline Memory Module, appelées également RD-RAM ou DDR-RAM) sont des mémoires 64 bits développée par la société Rambus. Elles possèdent 184 broches deux encoches de repérage (détrompeurs), évitant tout risque de confusion avec les modules cités plus hauts. Compte tenu de leur vitesse de transfert élevée, les barrettes RIMM possèdent un film thermique chargé d'améliorer la dissipation de la chaleur.

Comme dans le cas des DIMM, il existe des modules de plus petite taille, appelés SO RIMM (Small Inline RIMM), toujours destinés aux ordinateurs portables. Les barrettes SO RIMM comportent néanmoins 160 broches.

3- Autres types de mémoires RAM 3.1. La DRAM FPM

Elle permet d'accéder plus rapidement à des données en introduisant la notion de page mémoire (de fréquence allant de 33 à 50 Mhz).

 

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3.2. La SDRAM

La mémoire SDRAM (Synchronous DRAM, traduit en français RAM synchrone) a pour particularité une lecture de donnée synchronisée avec les bus de la carte mère, contrairement aux mémoires EDO et FPM (qualifiées d'asynchrone) possédant leur propre horloge. Cette synchronisation permet d'éviter les états d'attente. En lecture le processeur envoie une requête à la mémoire et peut se consacrer à d'autres tâches, sachant qu'il va obtenir la réponse à sa demande quelques cycles d'horloge plus tard.

De cette façon la SDRAM est capable de fonctionner avec une cadence allant jusqu'à 150 Mhz, avec une largeur de bus de 64 bits, une bande passante (débit théorique) de transfert 580 Mo/s à 1064 Mo/s et des capacités de 64 à 1024 MO.

La SDRAM est encore répandu compte tenu de ses temps d'accès de 8 à 10 ns et surtout de son faible coût.

3.3. La SLDRAM

La principale innovation de la mémoire SLDRAM (SynLink DRAM) repose sur l'adressage de la mémoire par bancs de 16 modules à la fois, au lieu de 4 dans la SDRAM. De plus le brochage de la puce limite les nombre de pattes entre 50 et 60 et une nouvelle logique de contrôle permet d'adresser les cellules mémoires par paquets.

3.4 La DR-RDRAM

La DR-SDRAM (Direct Rambus DRAM ou RDRAM) est un type de mémoire permettant de transférer les données sur un bus de 16 bits de largeur à une cadence de 800 Mhz, ce qui lui confère une bande passante de 1.6 Go/s. Comme la SDRAM, ce type de mémoire est synchronisé avec l'horloge du bus pour améliorer les échanges de données. En contrepartie, la mémoire RAMBUS est une technologie propriétaire, ce qui signifie que toute entreprise désirant des barrettes de RAM selon cette technologie doit réserver des droits aux sociétés RAMBUS et Intel.

 

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3.5 La Direct RAMBUS-RDRAM

C'est une mémoire qui a été conçu par la société RAMBUS et qui est uniquement utilisé pour les processeurs Intel Pentium. Cette mémoire permet le transfert de deux canaux de 16 bits.

Le coût de cette mémoire est très élevé car son prix est trois fois supérieur à celui d'une mémoire normale pour des performances moyenne équivalentes.

La mémoire Rambus se présente sous la forme d'une barrette de 184 pins munie de 2 encoches. Mais elle est une mémoire qui chauffe, et qui chauffe beaucoup, au point de devoir être munie de radiateur.

 

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II- AVANCEMENT DE LA MEMOIRE VIVE

1- Evolution de la mémoire vive

1.1 La mémoire DDR1

La mémoire DDR1 (Double Data Rate) est un type de mémoire à circuit intégré fondé sur la technologie SDRAM et communément simplifié sous le sigle DDR.

La DDR offre une meilleur bande passante en transférant les données à la fois sur le front montant et sur le front descendant des impulsions d'horloge, cela permet de doubler la vitesse d'accès à la mémoire en lecture et en écriture. Aussi Elle fonctionne à une tension de 2,5 V, comparé au 3,3 V pour la SDRAM. Ceci permet de réduire la consommation électrique.


·
La lecture ou l'écriture de données en mémoires est réalisé à base d'une horloge.

 

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1.2. La mémoire DDR2 SDRAM

La mémoire DDR2 SDRAM ou DDR-II permet d'accéder des débits deux fois plus élevés que la DDR à fréquence externe égale. Ainsi elle est capable d'envoyer ou de recevoir deux fois plus de données que la DDR.

La DDR2 possède un avantage majeur avec une tension d'alimentation à 1,8 V comparé aussi au 2.5 V pour la DDR, ce qui limite la production de chaleur par effet joule.

Lecture

Ecriture

La DDR2 dispose un plus grand nombre de connecteurs que la DDR (240 pour la DDR2 et 184 pour la DDR).

1.3. La mémoire DDR3 SDRAM

La mémoire DDR3 SDRAM, plus généralement connu sous la forme abrégée aussi DDR3, (Double Data Rate 3rd génération Synchronous Dynamic Randon Access Memory, signifiant en français Mémoire à Accès Direct Synchrone à Débit de Données Doublé de troisième génération). Elle a été conçue dans le but de succéder au standard DDR2, en offrant des améliorations de performances tout en diminuant la consommation électrique.

La consommation énergétique est de 1,5 V sur la DDR3 alors que de 2,5 V sur la DDR à 1,8 V sur la DDR2. La mémoire tampon de pré-lecture pour la DDR3 est d'une largeur de bus de 8 bits, alors qu'elle était de 4 bits pour la DDR2 et 2 bits pour la DDR.

Les barrettes DDR3 ont 240 connecteurs comme les DDR2 mais ne sont absolument compatibles (la différence se fait au niveau des détrompeurs).

 

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1.4 La mémoire DDR4 SDRAM

La mémoire DDR4 SDRAM qui sera aussi connue sous le nom DDR4 fera son apparition à partir de l'année de 2012 mais sa démocratisation n'est attendue que vers 2015. Toujours dans le même principe, le but c'est d'améliorer la performance de la consommation électrique. En effet, ce module a une bande maximale de 2.133 Gbps (gigabits) et fonctionne avec une tension de 1.2 Volt contre 1.5 Volt pour les modules DDR3. Et jusqu'à 1.05 Volt envers la version de basse consommation. La mémoire tampon de pré-lecture excédera à plus de 12 bits.

Tableau récapitulatif

Le tableau ci-dessous montre l'évolution de chacune des RAM (la bande passante - la mémoire tampon - la consommation électrique).

Mémoires

Bandes passantes

Mémoire tampon

Consommation électrique

DDR1

6.4 Go/s

2 bits

2.5 Volts

DDR2

1.6 GO/s

4 bits

1.8 Volts

DDR3

10 Go/s

8 bits

1.5 Volts

DDR4

3.2 Go/s

12 bits

1.2 Volts

 

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1.5 La mémoire ECC

La mémoire ECC (Error Correction Coding ou Error Correction Code) est dispositif de détection et de correction dans les liaisons séries longues distances. Elle intègre des techniques exploitant des bits additionnels, destinées à gérer les codes de corrections d'erreurs. Elles sont donc principalement utilisées dans les mémoires RAM pour les serveurs. Ajoutant divers bits de contrôle, l'ECC est capable de détecter et de corriger 1 erreur (1 bits faux). L'utilisation d'une mémoire ECC nécessite un chipset compatible, toutes les mémoires implantées sur la carte mémoire doivent utiliser cette technologie.

L'inconvénient, cependant, de cette mémoire, c'est qu'il ne peut pas corriger les erreurs sur plusieurs bits, c'est pour cette raison la mémoire ECC n'est normalement pas conseillé pour les ordinateurs personnels utilisés à la maison parce que les ordinateurs personnels utilisés à la maison sont éteinte régulièrement, parfois ils ne sont même pas utiliser par jours. Par ailleurs, la plupart des ordinateurs modernes ne peut pas supporter ECC. Ils sont plutôt meilleurs à recommander et à trouver dans les serveurs, car les serveurs ne sont pas éteints.

1.6 La mémoire Chipkill ECC

La mémoire Chipkill ECC a été conçue pour dépasser les limites imposées par l'ECC. Elle est une technologie de sous-système de mémoire qui améliore clairement la fiabilité et réduit de façon considérable les durées d'immobilisation dues à des défaillances de la mémoire. En cas de défaillance, elle est ainsi capable de reconstituer le contenu d'un mot mémoire, même s'il a été totalement détruit. Un circuit intégré associé au module mémoire effectue un contrôle de parité systématique des mots mémoires. Cette procédure permet au système de masquer non seulement les erreurs sur un seul bit que la mémoire ECC standard peut corriger, mais aussi les erreurs portant sur 2, 3 et 4 bits, voire parfois sur la totalité d'une puce DRAM.

 

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2- Notion hiérarchie d'une mémoire

Une mémoire parfaite ou idéale serait une mémoire de grande capacité, permettant de stocker un maximum d'informations et possédant un temps d'accès très faible afin de pouvoir travailler rapidement sur ces informations. Cependant il se trouve que les mémoires de grande capacité sont souvent très lente et que les mémoires rapides sont très coûteuses. Et pourtant, la vitesse d'accès à la mémoire détermine dans un premier temps les performances d'un système.

En effet, c'est là que se trouve le goulot d'étranglement entre un microprocesseur capable de traiter des informations très rapidement et une mémoire beaucoup plus lente (exemple : processeur de fréquence 3Ghz et mémoire de 500 MHz). Or, on n'a jamais besoin de toutes les informations au même moment. Afin d'obtenir le meilleur arrangement coût-performance, on définit donc une hiérarchie mémoire.

On utilise des mémoires de faible capacité mais très rapide pour stocker les informations dont le microprocesseur se sert le plus et on utilise des mémoires de capacité importante mais beaucoup plus lente pour stocker les informations dont le microprocesseur se sert le moins. Ainsi, plus on s'écarte du microprocesseur et plus la capacité et le temps d'accès des mémoires vont augmenter.

 

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- Les registres sont les composants de mémoire très performants et les plus rapides. Ils sont fixés au niveau de la partie de l'ordinateur qui exécute les programmes informatiques servent Les registres servent à emmagasiner des opérandes11 et des résultats intermédiaires.

D'autre part, les registres servent d'emplacement de mémoire interne à un processeur12et se situent en tête de la hiérarchie mémoire : il s'agit de la mémoire avec une performance du temps d'accès, avec un coût de fabrication très plus élevé car son emplacement dans un microprocesseur13 est limitée et son nombre dépasse donc rarement quelques dizaines d'octets.

- la mémoire cache est une mémoire au temps d'accès rapide avec une faible capacité destinée à augmenter l'accès à la mémoire centrale pour ensuite stocker les éléments utilisés fréquemment par le microprocesseur.

La mémoire cache conditionne fortement les performances de l'ordinateur. C'est une mémoire tampon c'est-à-dire une zone de stockage très rapide qui permet au processeur d'enregistrer les dernières données traitées de sorte à libérer au plus vite la zone pour effectuer d'autre tâches.

11 Opérandes : Donnée qui entre dans le cadre d'une opération mathématique ou informatique.

12 Processeur : composant de l'ordinateur qui exécute les programmes informatiques.

13 Microprocesseur : Un microprocesseur ou CPU (Central Processor Unit) est un composant électronique minuscule qui interprète les instructions et traiter les données d'un programme en informatique.

 

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La cache de niveau 1 se trouve au sein même du processeur.
Elle est aussi appelée mémoire cache de premier niveau ou L1

TYPE DE
PENTIUM

COMMENTAIRES

Le
Pentium
classique
en contient
2 × 8 Ko :

Une zone pour les données, une zone pour les instructions

Le
Pentium
MMX en
contient 2
× 16 Ko :

Cette différence suffit pour donner prés de 10 % de puissance supplémentaire par rapport au Pentium.

Le
Pentium
PRO en
contient 2
× 8 Ko :

Mais la mémoire cache de niveau 2 est intégrée dans le processeur entre 256 et 520 Ko. Celui-ci y accède à pleine vitesse sans être freiné par un Bus. Le Pentium PRO à architecture MMX a introduit dans le monde INTEL de mémoire cache sur carte fille se branchant à côté du processeur.

La cache de niveau 2 se trouve sur la carte mère sous forme de puces intégrées ou d'une barrette à insérer dans un connecteur standard.

Moins efficace puisqu'elle est accessible indirectement, il en existe de plusieurs tailles et de différents types. Il y a différentes technologies de mémoires cache

TYPE DE
CACHE
NIVEAU 2

COMMENTAIRES

La
mémoire
cache
asynchrone

Travaille avec sa propre fréquence, le microprocesseur doit attendre un peu certaines données, son temps d'accès est de quelques minutes

La
mémoire
cache
synchrone

Supprime les états d'attentes du microprocesseur. En phase avec l'horloge du microprocesseur, elle évite les pertes de cycles. Le gain par rapport à de la mémoire asynchrone se monte à plus de 40 %.

Il existe en fait 2 types de mémoire cache dans un PC :

 

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- la mémoire principale est l'élément clé de classements des informations c'est-à-dire la zone de stockage des données. Il faut comprendre que tant qu'il n y a pas de mémoire qui permet au processeur de lire ou d'écrire, et bien on n'a pas d'ordinateur.

Cette mémoire comporte donc les programmes (ensemble d'instructions nécessaires à l'exécution d'une suite d'opération demandées à un ordinateur) et son temps d'accès est moins rapide que les deux mémoires précédentes (mémoire cache et mémoire principale).

Elle comporte les instructions des programmes en cours de fonctionnement et les informations jointes à ce programme. Souvent, elle se décompose physiquement en :

- une mémoire morte (ROM = Read Only Memory) chargée de stocker le

programme. C'est une mémoire à lecture seule qui fonctionne même quand l'ordinateur est éteint.

- une mémoire vive (RAM = Random Access Memory) chargée de stocker les informations intermédiaires ou les résultats de calculs. On peut lire ou écrire des données dedans et ces informations sont disparaissent à la mise hors tension.

Les disques durs, disquettes, CDROM, etc... sont des périphériques de stockage et sont considérés comme des mémoires auxiliaires.

- La mémoire d'appui c'est une mémoire qui jour le rôle d'entremetteur entre la mémoire centrale et les mémoires de masse. Elle possède le même rôle que la mémoire cache.

- La mémoire de masse est une mémoire périphérique14 qui permet de stocker à long terme de grande capacité de l'information. Cette mémoire utilise pour cela des supports magnétiques tels que les fichiers sur disque dur, ZIP15 ou optiques (CDROM16, DVDROM17). Les différentes particularités essentielles d'une mémoire de masse :

14 Périphérique : dispositif connecté à un système informatique (ordinateur ou console de jeux) qui ajoute à ce dernier des fonctionnalités.

15 ZIP : Format d'archivage et de compression de fichiers sans pertes commun sur les PC

16 CDROM : Support de stockage non réinscriptible sur lequel sont enregistrés des fichiers informatiques, des séquences sonores, voire même des séquences vidéo.

17 DVDROM: Compact Disc pouvant stocker 4.7 Go par face et par couche avec un maximum de deux couches par face. C'est le remplaçant du CD-ROM. L'intérêt du lecteur de DVD est sa compatibilité ascendante avec les CD.

 

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- La capacité de fonctionner en mode d'écriture et de lecture pour que l'utilisateur puisse écrire des informations puis les relire au besoin.

- La capacité de conserver les informations enregistrées et notamment en absence d'alimentation électrique.

- Une possibilité de stockage importante. La notion de capacité importante a varié dans le temps; aujourd'hui, on ne considère pas qu'une disquette ait une capacité importante.

Spécificités d'une mémoire de masse :

- capacité de mémorisation

- temps d'accès aux informations

- débit de transfert des informations

- coût d'acquisition initial, coût par information, coût d'usage

Utilisations principales des mémoires de masse :

- Conservation et installation des logiciels de leurs paramètres d'utilisation : on installe généralement le système d'exploitation et les applications sur le disque dur de l'ordinateur sur lequel on veut les utiliser.

- Conservation des informations et données personnelles dans des fichiers sur disque dur.

- Sauvegarde de sécurité : opération qui consiste à dupliquer et à mettre en sécurité les données contenues dans un système informatique.

- Transfert d'informations : vente de logiciels sur CD ROM, clé USB, etc...

3. Critère de choix d'une mémoire

Les principaux importants critères de choix d'une mémoire sont surtout les suivants : Sa capacité, sa vitesse, sa consommation énergétique, et son coût.

 

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4- Vers quel mémoire RAM pour le futur ?

La mémoire vive a évolué au fil du temps en DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM) et DDR2-SDRAM (progrès Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM) Le nom de DDR signifie que le transfert des données mémoire est synchronisé sur le double de la fréquence du FSB (Front Side Bus ou Bus Frontal c'est-à-dire l'ensemble des lignes reliant la mémoire et le chipset au microprocesseur - c'est aussi par là que circulent les données) et que donc, en un cycle d'horloge, une mémoire DDR transmet deux données d'un coup. Cette avancé technologique est visible grâce à la capacité de mémoire qui a évolué en un temps recors : 128 Mo, 256 Mo, 512 Mo, 1024 Mo (1 Go), 2048 Mo (2 Go).

De plus la MRAM (Magnetoresistive RAM) est une mémoire non volatile développée depuis les années 1990 et la FeRAM (Une mémoire non-volatile qui enregistre bits sur une surface magnétique). Contrairement aux RAM traditionnelles, les données ne sont pas constituées de charges électriques, mais magnétiques. Chaque cellule de MRAM contient deux éléments ferromagnétiques, chacun pouvant retenir un champ magnétique. Ces deux mémoires sont encore en étude et marque un progrès incroyable dans l'histoire des mémoires vives.

Accroître la mémoire vive de son ordinateur, c'est autoriser l'ouverture de plus gros fichiers, plus d'applications en même temps, et de ne pas faire un usage excessif de la "mémoire virtuelle" (faire appel au disque dur lors d'une insuffisance de mémoire vive). Le composant qui se trouve au centre de votre ordinateur est donc nourri plus rapidement et peut marcher correctement à plein régime, donnant une agréable sensation permettant d'accélérer et améliorer la productivité et la performance de l'ordinateur.

De ce fait, les ordinateurs Mac peuvent posséder une capacité de mémoire de 8 Go (2 x 4 Gigaoctet), c'est une performance technologique remarquable.

 

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Conclusion

 

Au terme de notre analyse, la première constatation qui nous vient à l'esprit est que finalement, le disque dur, la mémoire flash et nos barrettes de DRAM ont encore de beaux jours devant eux. La première raison à cela vient du fait que énormément de ressources financières continue d'être investi dans ces technologies et ceux qui ont investit dans ces technologies vont attendre un retour sur investissement.

La deuxième raison vient du fait que l'on attend toujours de voir concrètement les apparitions récentes de ces technologies dans nos machines. Pourtant, si beaucoup d'annonces n'ont de réalité que le papier sur lequel elles sont écrites, il est impératif de ne pas sous-estimer les progrès réalisés en termes d'évolution de la mémoire vive d'un ordinateur. On pourrait penser que l'on se trouve aujourd'hui dans un cercle vicieux : on ne veut pas investir dans ces nouvelles technologies et le manque de soutien retarde les progrès. La réalité est néanmoins toute autre. Cette nouvelle technologie de mémoire : La FeRAM est déjà produite en masse, la MRAM est imminente et les premières apparitions pour les autres mémoires devraient se faire dans moins de cinq ans.

Comme toutes nouvelles technologies, ces mémoires du futur seront adoptées petit à petit et il se pourrait bien que certaines d'entre elles dominent un jour le marché de l'informatique.

Il est néanmoins trop tôt pour faire des pronostics. Aujourd'hui ces recherches nous montrent que le monde de la mémoire avance et les limites technologiques continuent d'être repoussées.

De nos jours, l'informatique est en pleine évolution technologique, on serait même tenté de penser que ce progrès technologique pourrait même compiler la mémoire RAM et la mémoire morte (stockage des instructions ou programme figé) ; de sorte à allier rapidité d'accès, performance, augmentation de l'espace de stockage et fiabilité.

J'ai espoir qu'un jour on finira par fabriquer des mémoires biologiques conformes aux respects et de la préservation de l'environnement.

 

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Bibliographie

Gérard Klein - « Mémoire vive, mémoire mort » , , Roman | broché | édition Robert Laffont | 10/2007

Groupe Bayad - « Mémoire Informatique : Mémoire Vive, Mémoire Cache, Ddr2 Sdram », édition Général Books LLC, 2010

Nicolas Morin - « Mémoire vive » , Nicolas Morin, édition, publi.net, parution 2011-09-02 Kingston, Article« ValueRAM - Mémoire RAM - 512 Mo - DDR SDRAM» 2010

A.TAnenbaum - « Architecture des ordinateurs 4èmeédition ».InterEdition, 2001,Paris, P300- 301.

R.Dowsing et F.Woodhams - « Principes de fonctionnement des ordinateurs » Edition Masson, paris,1987, P12-P13.

JM Munier - « téléinformatique.Edition Eyrolles » (collection pratique de l'informatique), Paris, 1990, P5.

Pierre-Alain Goupille - technologie des ordinateurs et des réseaux, 2004, paris, P250.

Paul Amblard, Jean- claude Fernandez, Fabienne Lagnier, Florence Maraninch, Pascal Sicard, Phylippe Waille - « Architecture logicielle et matérielle », Paris, 2010, chapitre 15 P375-376

Sites Internet

fr.wikipedia.org/wiki/Mémoire_vive www.commentcamarche.net

www.configmac.com/memoire-ram www.linternaute.com

 

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Table des annexes

Annexe1 : RAM statique

Annexe2 : RAM dynamique

Annexe3 : SIMM à 30 connecteurs

 

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Annexe4 : SIMM à 72 connecteurs

Annexe5 : DIMM