C. Les mémoires

C.                   LES MÉMOIRES

PLUSIEURS TYPES :

• la mémoire morte où sont stockées les informations liées au fonctionnement des éléments constituant l'ordinateur.
• la mémoire vive qui sert d'espace de travail pour l'utilisateur ; plus elle est importante, plus il peut faire de choses en même temps.
• la mémoire cache permettant de stocker temporairement des données pour accélérer les processus.

1.            LES MÉMOIRES MORTES

• Les rom (Read Only Memory) dont le contenu est défini lors de la fabrication.
• Les prom (Programmable Read Only Memory) sont programmables par l’utilisateur, mais une seule fois en raison du moyen de stockage, les données sont stockées par des fusibles.
• Les eprom (Erasable Programmable Read Only Memory) sont effaçables et programmables par l’utilisateur. Comme l’effaçage se fait en plaçant la mémoire dans une machine spéciale, la mémoire doit être facilement ôtable de son support. Voir uvprom
• Les eeprom (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sont effaçables et programmables par l’utilisateur. Elles sont plus faciles à effacer que les EPROM car elles sont effaçables électriquement donc sans manipulations physiques.
• Les uvprom (Ultra Violet Programmable Read Only Memory) sont des mémoires programmables par l'utilisateur. Elles sont effaçables en les mettant dans une chambre à ultraviolet. Les UV Prom n'ont plus de raison d'être car de nouvelles mémoires (mémoire Flash) bien plus pratiques les remplacent.
• La mémoire flash est un compromis entre les mémoires de type RAM et les mémoires mortes. En effet, la mémoire Flash possède la non-volatilité des mémoires mortes tout en pouvant facilement être accessible en lecture ou en écriture. En contrepartie les temps d'accès des mémoires flash sont plus importants que ceux de la mémoire vive.

Les puces NAND 3D permettent la fabrication de mémoires flash d'une capacité de 1 To, le principe pour la NAND 3D étant d'adopter une architecture verticale pour empiler les couches tout en assurant leur connexion (jusqu'à 48 à ce jour)

2.            LA MÉMOIRE VIVE

La ram présente la particularité de pouvoir être accédée à la fois en lecture et en écriture. On l'appelle aussi dram (Dynamic RAM)

Elle est constituée de centaines de milliers de petits condensateurs emmagasinant des charges. Lorsqu'il est chargé, l'état logique du condensateur est égal à 1, dans le cas contraire il est à 0, ce qui signifie que chaque condensateur représente un bit de la mémoire.

Étant donné que les condensateurs se déchargent, il faut constamment les recharger (le terme exact est "rafraîchir", en anglais refresh) à un intervalle de temps régulier appelé cycle de rafraîchissement. Les mémoires dram nécessitent par exemple des cycles de rafraîchissement est d'environ 15 nanosecondes (ns).

Chaque condensateur est couplé à un transistor (de type MOS) permettant de récupérer ou de modifier l'état du condensateur. Ces transistors sont rangés sous forme de tableau (matrice), c'est-à-dire que l'on accède à une case mémoire (aussi appelée point mémoire) par une ligne et une colonne.

Chaque point mémoire est donc caractérisé par une adresse, correspondant à un numéro de ligne (en anglais row) et un numéro de colonne (en anglais column). Or cet accès n'est pas instantané et s'effectue pendant un délai appelé temps de latence. Par conséquent l'accès à une donnée en mémoire dure un temps égal au temps de cycle auquel il faut ajouter le temps de latence.

Ainsi, pour une mémoire de type dram, le temps d'accès est de 60 nanosecondes (35ns de délai de cycle et 25 ns de temps de latence). Sur un ordinateur, le temps de cycle correspond à l'inverse de la fréquence de l'horloge, par exemple pour un ordinateur cadencé à 200 MHz, le temps de cycle est de 5 ns (1/(200*106)).

Par conséquent un ordinateur ayant une fréquence élevée et utilisant des mémoires dont le temps d'accès est beaucoup plus long que le temps de cycle du processeur doit effectuer des cycles d'attente (en anglais wait state) pour accéder à la mémoire. Dans le cas d'un ordinateur cadencé à 200 MHz utilisant des mémoires de types dram (dont le temps d'accès est de 60ns), il y a 11 cycles d'attente pour un cycle de transfert. Les performances de l'ordinateur sont d'autant diminuées qu'il y a de cycles d'attentes, il est donc conseillé d'utiliser des mémoires plus rapides.

a)   TYPES

De nombreux types de mémoire existent.

• SDRAM (Synchronous Dynamic RAM). Elle est utilisée comme mémoire principale et vidéo. Elle tend à être remplacée par la ddr sdram. Pour les machines de la génération Pentium II, Pentium III. On distingue la sdram 66, 100 et 133 (fréquence d'accès en MHz). Elle comporte normalement 168 broches.
• VRAM (Video RAM). Présente dans les cartes graphiques. Elle sert à construire l'image vidéo qui sera envoyée à l'écran d'ordinateur via le convertisseur RamDac.
• RDRAM (Rambus Dynamic RAM). Développée par la société Rambus, elle souffre notamment d'un prix beaucoup plus élevé que les autres types de mémoires et de brevets trop restrictifs de la part de la société créatrice. Elle est utilisée pour les machines de génération Pentium III et Pentium 4.
•  DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM). Utilisée comme mémoire principale et comme mémoire vidéo, elle est synchrone avec l'horloge système mais elle double également la largeur de bande passante en transférant des données deux fois par cycles au lieu d'une seule pour la SDRAM simple. Elle est aussi plus chère. On distingue les ddr pc1600, pc2100, pc2700, pc3200, etc. Le numéro représente la quantité théorique maximale de transfert d'information en Mégaoctets par seconde (il faut multiplier par 8 pour obtenir cette vitesse en Mégabits par seconde, un octet étant composé de 8 bits). Pour les machines de génération Pentium III et Pentium 4. Elle comporte normalement 184 broches.
• DDR2 SDRAM (Double Data Rate two SDRAM). On distingue les ddr2-400, ddr2-533, ddr2-667, ddr2-800 et ddr2-1066. Le numéro (400, 533, …) représente la fréquence de fonctionnement. Certains constructeurs privilégient la technique d'appellation basée sur la quantité de données théoriquement transportables (PC2-4200, PC2-5300, etc.), mais certains semblent retourner à la vitesse réelle de fonctionnement afin de distinguer plus clairement la DDR2 de la génération précédente. Pour les machines de génération Pentium 4 et plus. Elle comporte normalement 240 broches.
• DDR3 SDRAM (Double Data Rate three SDRAM). Il s'agit de la 3e génération de la technologie DDR. On distingue les ddr3-800, ddr3-1066, ddr3-1333 et ddr3-1600. Les barettes portent le nom de pc3-6400, pc3-8500, pc3-10600 et PC3-12800. Les premiers micro-ordinateurs pouvant utiliser la ddr3 sont arrivés sur le marché fin 2007.
• XDR DRAM (XDimm Rambus RAM). Technologie basée sur la technologie Flexio développée par Rambus. Elle permet d'envisager des débits théoriques de 6,4 Go/s à 12,8 Go/s en rafale.
• DDR4 SDRAM (Double Data Rate four SDRAM) utilise une tension plus basse (1,2 v) et un taux de transfert plus élevé. Le taux de transfert est de 2133 ~ 3200 MT/s. DDR4 utilise quatre nouvelles technologies :
  - Chaque groupe de mémoire fonctionne en solitaire
  - traitement de 4 données par cycle d'horloge
  - DBI (Inversion de Bus de données)
  - CRC (Cyclic Redundancy Check)
• DDR5 (Double Data Rate five SDRAM) La norme DDR 5 améliore l'intégrité du signal et la stabilité de transmission. Elle permet de stocker 128 giga-octets sur une seule barrette. Sa vitesse, actuellement de 3200 Mhz à 5200 Mhz, pourrait atteindre jusqu'à 10 000 Mhz avec une augmentation de la bande passante
• ECC la mémoire scanne en temps réel les données pour des bits erronés et les corrige avec un algorithme spécifique

 

 

Source : rambus

b)  FORMATS

La mémoire vive se présente sous forme de barrettes, maintenant standardisées, dites barrettes simm ou dimm. La capacité de ces barrettes varie de 256 Mo à 1 Go par barrette ; elles existent en 32 bits et 64 bits. Les cartes mères actuelles proposent le plus souvent deux emplacements 64 bits. Leur vitesse est le plus souvent de 60 à 70 ns. Elles se différencient aussi par le nombre de chips dont elles sont composées.

2 formats de barrettes :

• la SIMM (Single In line Memory Module)

Les mémoires SIMM gèrent 32 bits. Elles se présentent sous la forme de barrettes avec 72 connecteurs et de 10,8 cm de long sur 2,5 cm de large. Elles sont constituées le plus souvent de 8 chips ; Leur vitesse d'accès est couramment de 70 ns. Existent aussi les barrettes de 36 bits avec contrôle de parité. Elles sont peu à peu abandonnées.

 

• la DIMM (Dual In line Memory Module)

Les mémoires DIMM gèrent 64 bits. Elles sont plus rapides et se présentent sous la forme de barrettes de 13 cm de long sur 2,5 cm de large avec de 184 à 240 connecteurs sur chaque face.

 

la dimm permet de mélanger des barrettes de différentes tailles

 

Dans les mémoires à parité, un neuvième bit (dit de contrôle de parité) existe sans être apparent. Les mémoires à correction automatique d'erreur (ecc) possèdent jusqu'à six bits (invisibles) en plus

 

il est fortement déconseillé de mélanger les barrettes ayant des marques, des vitesses ou un nombre de chips différent.

3.            LA MÉMOIRE VIDÉO

Elle est un élément essentiel de la carte graphique et est utilisée pour stocker les textures (généralement sous formes d'images).

Types de mémoire vidéo :

• La mémoire gddr 2 (DDR pour Double Data Rate), exploite les fronts montants et descendants de la mémoire.
• La mémoire gddr 3 est presque identique à la gddr 2 ; elle gagne en fréquence et sa tension d'alimentation diminue.
• La mémoire gddr4 (Graphics Double Data Rate, version 4) atteint des vitesses supérieures à 1,4  GHz)  (2,8 GBit/s).
• La mémoire gddr5 (Graphics Double Data Rate, version 5) supporte une bande passante de 20 Gb/s sur un bus de 32 bits. Elle atteint 290 Go/s avec un bus 256 bits et 432 Go/s avec un bus de bus 384 bits soit 12 puces de 1 Go.
• La mémoire gddr5x (Graphics Double Data Rate, version 5 x. La bande passante maximale est de 352 Go/s avec un bus 256 bits et culmine à 528 Go/s avec un bus de 384 bits soit 12 puces de 1 Go.
• La mémoire gddr6 (Graphics Double Data Rate, version 6) a ne vitesse de 18 Gb/s, soit le double de la GDDR5. Sur un bus 256 bits (8 puces 16 Go), la bande passante atteint 576 Go/s et jusqu'à 864 Go/s avec 12 puces pour 24 Go sur un bus 384 bits.