La mémoire
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Formation / tutoriaux Architecture du PC La mémoire
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- Auteur : Anthony. Dernière mise à jour : 27/06/2007 à 19:36:29. Discuter de cet article dans le forum.
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Représentation de la mémoire
La mémoire se présente sous forme de composants électroniques ayant la capacité de retenir des informations (les informations étant de type binaire, 0 ou 1). Chaque "bit" mémoire est composé d'un transistor (qui permet de lire ou d'écrire une valeur) accouplé à un condensateur (qui permet de retenir l'état binaire : 1 quand il est chargé et 0 quand il est déchargé). La mémoire est organisée sous forme de lignes et de colonnes. A chaque intersection correspond un bit de mémoire. Voici une représentation d'un bit mémoire :
Les condensateurs se déchargeant (leur tension diminue), il est nécessaire de les recharger pour éviter les pertes d'informations. On appelle cela le rafraîchissement. Une barrette de mémoire est constituée de trois éléments principaux :
- La mémoire proprement dite (en réalité plusieurs tableaux de bits mémoire)
- Un buffer (zone de tampon) entre la mémoire et le bus de données
- Le bus de données (qui est relié à certains pins (contacts) de la barrette et est en relation avec la carte-mère)
Les timings
L'accès à un bit de mémoire se fait suivant plusieurs étapes, chacune de ces étapes nécessitant un temps. Il y a plusieurs étapes et donc plusieurs temps. Ces temps sont appelés timings. Nous allons maintenant détailler chacun de ces timings (dont la valeur est indiqué en cycles dans le bios, un cycle correspondant à 1/fréquence du bus, soit 5 ns à 200 MHz) :
- Le RAS precharge Time : c'est l'intervalle de temps nécessaire avant d'envoyer une autre commande RAS.
- Le RAS : c'est le temps nécessaire pour sélectionner une ligne.
- Le RAS to CAS : c'est le temps nécessaire pour passer du mode de sélection de lignes au mode de sélection de colonnes.
- Le CAS : c'est le temps nécessaire pour sélectionner une colonne
Lorsqu'on parle de timings mémoire on communique souvent les timings dans l'ordre suivant :
- CAS
- RAS to CAS
- RAS precharge
- RAS
Avoir des timings faibles permet de gagner en performances. Attention cependant à ne pas trop forcer, car vous risqueriez de vous retrouver avec un système instable. Dans tous les cas, avec des timings configurés de manière optimale, vous gagnerez environ 5% de performances par rapport à des timings laissés par défaut. Le jeu en vaut-il la chandelle ? à vous de voir ! La qualité de fabrication du circuit imprimé des barrettes entre en jeu (PCB pour Printed circuit board) mais aussi la qualité de fabrication des puces mémoires se trouvant sur le PCB (et généralement noires).
Les différents types de mémoire
On distingue deux grands types de mémoire :
- La mémoire vive (ou RAM pour Random Access Memory): cette mémoire perd ses données si elles ne sont pas rafraîchies régulièrement, on appelle ce type de mémoire de la mémoire dynamique.
- La mémoire morte (ou ROM pour Read Only Memory) : cette mémoire ne perd pas ses données (sauf par des techniques de réécriture, comme le flashage pour les mémoires flash), même si elle n'est pas rafraîchie. On appelle les mémoires n'ayant pas besoin d'être rafraîchies pour conserver leurs informations des mémoires statiques. Elles sont composées de bascules électroniques et permettent de stocker plus d'informations à espace identique comparé aux mémoires dynamiques.
Les types de ROM :
- ROM : on gravait les données binaires sur une plaque de silicium grâce à un masque. Il était impossible de reprogrammer cette mémoire. Ce genre de mémoire n'est plus utilisé aujourd'hui.
- PROM (Programmable Read Only Memory) : Ces mémoires sont constituées de fusibles pouvant être grillés grâce à un appareil qui envoie une forte tension (12V) dans certains fusibles. Un fusible grillé correspond à un 0, et un fusible non grillé à un 1. Ces mémoires ne peuvent être programmées qu'une fois.
- EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) : Même principe que l'EPROM, sauf que cette mémoire est effaçable. Lorsqu'on la met en présence de rayons ultra-violets d'une longueur d'onde précise, les fusibles sont reconstitués, et tous les bit reviennent à une valeur de 1. C'est pour cette raison que l'on qualifie ce type de PROM d'effaçable.
- EEPROM (Electrically Erasable read Only Memory) : Ce sont aussi des PROM effaçables, par un courant électrique toutefois. Elles peuvent être effacées même lorsqu'elles sont en position dans l'ordinateur. Ces mémoires sont aussi appelées mémoires flash, et donc voilà pourquoi on appelle flashage l'opération qui consiste à flasher une mémoire EEPROM.
Les types de RAM :
- Les barrettes au format SIMM (single Inline Memory Module) :
- Les barrettes SIMM à 30 connecteurs qui sont des mémoires 8 bits. Elles équipaient les premières générations de PC (286, 386).
- Les barrettes SIMM à 72 connecteurs sont des mémoires capables de gérer 32 bits de données simultanément. Ces mémoires équipent des PC allant du 386DX aux premiers Pentiums. 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 équiper ces ordinateurs par paire de barrettes.
- Les barrettes RAMBUS DRAM, qui équipaient pendant un moment les Pentium 4 de première génération. Elle n'est ni au format SIMM (heureusement), ni au format DIMM, mais au format RIMM. Elle dispose d'une largeur de 16 bit.
- Les barrettes au format DIMM (Dual InLine Memory Module) : ce sont des mémoires à 64 bit, il n'est donc pas nécessaire de les apparier pour faire fonctionner le système. Les barrettes de SDRAM possèdent 128 broches et un second détrompeur (à la différence de la DDR). Les connecteurs DIMM possèdent des leviers permettant d'insérer facilement la barrette dans son connecteur.
- La DRAM (Dynamic RAM) : c'est le type de mémoire qui était le plus répandu il y a très longtemps. Il s'agit d'une mémoire dont les transistors sont rangés dans une matrice selon des lignes et des colonnes. Un transistor, couplé à un condensateur donne l'état du bit correspondant (0 ou 1). Ce sont des mémoires dont le temps d'accès est de 60ns.
- La DRAM FPM (Fast Page Mode) est une variante de la mémoire DRAM. La FPM permet d'obtenir des temps d'accès de l'ordre de 70 à 80 nanosecondes pour une fréquence de fonctionnement pouvant aller de 25 à 33 MHz car elle permet de ne communiquer le numéro de colonne qu'une seule fois (pour les données n'étant pas situées sur la même ligne mais simplement sur la même colonne).
- La DRAM EDO (Extended Data Out) est apparue en 1995. On adresse la colonne suivante pendant la lecture des données ce qui permet de gagner du temps sur un cycle. Le temps d'accès à la mémoire EDO est donc de 50 à 60 nanosecondes pour une fréquence de fonctionnement allant de 33 à 66 MHz.
- La SDRAM (synchronous dynamic random access memory) est apparue en 1997. Elle permet une lecture des données synchronisée avec le bus de la carte-mère, contrairement aux mémoires EDO et FPM qui étaient asynchrones. La SDRAM permet donc de supprimer les temps d'attente dus à la synchronisation avec la carte-mère et permet d'avoir des temps d'accès de 10 nanosecondes. Voici la constitution de base d'une barrette mémoire SDRAM :
Elle existe en différentes versions :
- PC 66 (prévue pour fonctionner à 66 MHz maximum)
- PC 100 (prévue pour 100 MHz maximum)
- PC 133 (prévue pour 133 MHz maximum)
- La DDR (ou SDRAM DDR pour Double Data Rate). C'est une variante de la SDRAM. Elle prend en compte les fronts montants et descendants du bus système. Cela permet de doubler le taux de transfert. Voici la constitution principale d'une barrette mémoire de DDR :
Le tableau de mémoire physique a été divisé en deux parties pour fournir deux bit par cycle au lieu d'un.
Il existe plusieurs types de barrettes DDR :
- La PC 1600 qui fonctionne à 100 MHz, ce qui permet d'atteindre les 200 MHz si on la compare à de la SDRAM. Sa bande passante est de 1.5 Go par seconde.
- La PC 2100 qui fonctionne à 133 MHz, ce qui permet d'atteindre 266 MHz comparé à de la SDRAM. Sa bande passante est de 2 Go par seconde.
- La PC 2700 qui fonctionne à 166 MHz, ce qui nous fait 333 MHz comparé à de la SDRAM. Sa bande passante est de 2.5 Go par seconde.
- La PC 3200 qui fonctionne à 200 MHz, ce qui nous fait 400 MHz comparé à de la SDRAM. Sa bande passante est de 3 Go par seconde.
- La PC 3500 qui fonctionne à 217 MHz, ce qui permet d'atteindre 433 MHz comparé à de la SDRAM. Sa bande passante est de 3.2 Go par seconde.
- La PC 4000 qui fonctionne à 250 MHz, ce qui permet d'atteindre 500 MHz comparé à de la SDRAM. Sa bande passante est de 4 Go par seconde.
- La DDR-2 (elle dispose de deux fronts d'horloge, un pour la lecture et l'autre pour l'écriture, ce qui double les taux de transferts par rapport à la DDR). Voici le principe de base d'une mémoire DDR 2 :
Le tableau de mémoire a encore été divisé en deux par rapport à la DDR ce qui permet de fournir 4 bit par cycle. La fréquence du buffer passe à 200 MHz pour doubler au final la fréquence de sortie.
- La DDR 2 400/PC2-3200 : cadencée à 200 MHz en externe et 100 MHz en interne, elle a une bande passante de 3 Go/s
- La DDR 2 533/PC2-4200 : cadencée à 266 MHz en externe et 133 MHz en interne, elle a une bande passante de 4.2 Go/s
- La DDR 2 667/PC2-5300 : cadencée à 333 MHz en externe et 166 MHz en interne, elle a une bande passante de 5.1 Go/s
- La DDR 2 800/PC2-6400 : cadencée à 400 MHz en externe et 200 MHz en interne, elle a une bande passante de 6.2 Go/s
- La DDR 2 1067/PC2 : cadencée à 533 MHz en externe et 266 MHz en interne, elle a une bande passante de 8.1 Go/s
- La DR-SDRAM (Direct Rambus DRAM ou encore RDRAM pour Rambus DRAM) permet de transférer les données à 1.6 Go/s par l'intermédiaire d'un bus de 16 bit de largeur avec une fréquence de 800 MHz. Cette mémoire a été abandonnée rapidement car elle était chère à produire et ne donnait pas les résultats escomptés en terme de performances.
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