Mémoire

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A quoi sert la mémoire vive ?

La mémoire vive (aussi appelée RAM pour Random Acess Memory - mémoire à accès aléatoire) permet de stocker les informations dont l'ordinateur a besoin rapidement et dont il se sert souvent. Lorsque vous ouvrez un programme, celui-ci est stocké dans la mémoire vive de votre PC, qui dispose d'un accès beaucoup plus rapide que le disque dur. Pourquoi ne pas avoir utilisé de la mémoire vive dans ce cas pour stocker les données ? C'est très simple : la mémoire vive est volatile. Une simple perte de courant et elle perd toutes ses informations ! De plus, son coût et son encombrement sont bien plus élevés que ceux d'un disque dur.

Fonctionnement de la mémoire vive (RAM)

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 la représentation d'un bit :

Un bit mémoire

Les condensateurs se déchargent (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 : 

Temps d'accès, de lecture et d'écriture (timings)

L'accès à un bit de mémoire se fait suivant plusieurs étapes, chacune de ces étapes nécessitant un certain temps (appelé timing). Il y a plusieurs étapes, donc plusieurs temps (timings). Nous allons détailler chacun de ces timings (dont la valeur est indiqué en cycles dans le BIOS, un cycle correspondant à l'inverse de la fréquence. Plus la fréquence est élevée, plus le temps diminue. La relation exacte est la suivante :

T = 1/f, où f représente la fréquence du bus.

A 200 MHz, T est égal à 5 ns (nanosecondes).

Lorsqu'on parle de timings mémoire on communique souvent les timings dans l'ordre suivant (même si ce n'est pas indiqué) :

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).

Types de mémoire

Mémoire vive

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.

Mémoire morte

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. Il en existe de différents types :

Fréquences et types de RAM

De nombreux types de mémoire se sont succédés, disposant de différents formats. Aujourd'hui, les barrettes sont toutes au format DIMM (Dual Inline Memory Module) : il n'est pas nécessaire de les apparier pour faire fonctionner le système.

Aujourd'hui, toutes les mémoires sont de type SDRAM. 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 moins de 10 nanosecondes. Ces barrettes contiennent les cellules stockant la mémoire, et un buffer (zone tampon) entre la mémoire proprement dite et les entrées/sorties :

Principe de base d'une mémoire SDRAM
Une barrette de mémoire SDRAM

Une barrette de mémoire SDRAM. Source : Wikipedia

La mémoire SDRAM n'a cessé d'évoluer et existe en différentes versions que nous allons retracer (en omettant les premières versions de la SDRAM, trop anciennes). Aujourd'hui, les PC récents sont dotés de DDR-3.

Calcul de la bande passante mémoire

La bande passante est la quantité de données qui peuvent être échangées par seconde, au maximum. Elle se calcule de la façon suivante : Bande passante (Go/s) = (Fréquence de sortie (mHz) * Nombre de bits échangés) / 8000. (8 bits = 1 octet)

Fréquences

Les fréquences internes sont plus ou moins limitées. Des artifices ont alors été inventés pour améliorer la bande passante tout en conservant les fréquences internes qui se limitent pour l'heure à environ 300MHz.

DDR

La DDR (ou SDRAM DDR pour Double Data Rate) est apparue pour palier aux fréquences qui n'augmentaient plus. Variante de la première SDRAM mais comportant 186 broches, elle prend en compte les fronts montants et descendants du bus système afin de doubler la bande passante mémoire disponible. Voici la constitution principale d'une barrette mémoire de DDR :

Principe de base d'une mémoire DDR
Type de mémoire Appellation commerciale Fréquence mémoire Fréquence d'entrées/sorties Bande passante
DDR200 PC1600 100 MHz 100 MHz 1,6 Go/s
DDR266 PC2100 133 MHz 133 MHz 2,1 Go/s
DDR333 PC2700 166 MHz 166 MHz 2,7 Go/s
DDR400 PC3200 200 MHz 200 MHz 3,2 Go/s
DDR433 PC3500 217 MHz 217 MHz 3,5 Go/s
DDR466 PC3700 233 MHz 233 MHz 3,7 Go/s
DDR500 PC4000 250 MHz 250 MHz 4 Go/s
DDR533 PC4200 266 MHz 266 MHz 4,2 Go/s
DDR538 PC4300 269 MHz 269 MHz 4,3 Go/s
DDR550 PC4400 275 MHz 275 MHz 4,4 Go/s
DDR600 PC4800 300 MHz 300 MHz 4,8 Go/s
Barrette DDR
Une barrette de mémoire DDR.

DDR-2

La différence majeure entre la DDR et la DDR2 est, outre le nombre de broches qui passe à 240, que la fréquence du bus est double de celle du groupe de cellules mémoires. A chaque fois que les cellules mémoire effectuent un cycle, on peut transférer quatre bits de données par cellule, au lieu de deux pour la DDR. à fréquence des cellules mémoires égale, la DDR2 a une bande passante deux fois plus élevée.

Bien que les fréquences aient été améliorées, les temps d'accès ont, eux, été augmentés, ce qui fait que les premières barrettes de DDR-2 étaient moins performantes que les meilleures barrettes de DDR. La DDR-2 consomme également moins d'énergie avec une tension revue à 1.8 volt.

Barrette DDR 2
Une barrette de mémoire DDR-2. Source : Wikipedia
Type de mémoire Appellation commerciale Fréquence mémoire Fréquence d'entrées/sorties Bande passante
DDR2-400 PC2-3200 100 MHz 200 MHz 3,2 Go/s
DDR2-533 PC2-4300 133 MHz 266 MHz 4,3 Go/s
DDR2-667 PC2-5300 166 MHz 333 MHz 5,3 Go/s
DDR2-675 PC2-5400 168 MHz 337 MHz 5,4 Go/s
DDR2-800 PC2-6400 200 MHz 400 MHz 6,4 Go/s
DDR2-1066 PC2-8500 266 MHz 533 MHz 8,5 Go/s
DDR2-1100 PC2-8800 280 MHz 560 MHz 8,8 Go/s
DDR2-1200 PC2-9600 300 MHz 600 MHz 9,6 Go/s

DDR-3

Apparue en 2007, la DDR-3 va encore plus loin que la DDR-2 en transmettant non plus 4 mots par cycle mais 8, doublant les débits par rapport à la DDR-2. Les barrettes de DDR-3 comportent 240 broches et fonctionnent avec une tension encore amoindrie : 1.5 volt.

Principe de base d'une mémoire DDR 3
Type de mémoire Appellation commerciale Fréquence mémoire Fréquence d'entrées/sorties Bande passante
DDR3-800 PC3-6400 100 MHz 400 MHz 6,4 Go/s
DDR3-1066 PC3-8500 133 MHz 533 MHz 8,5 Go/s
DDR3-1333 PC3-10600 166 MHz 666 MHz 10,7 Go/s
DDR3-1600 PC3-12800 200 MHz 800 MHz 12,8 Go/s
DDR3-1800 PC3-14400 225 MHz 900 MHz 14,4 Go/s
DDR3-2000 PC3-16000 250 MHz 1000 MHz 16 Go/s
DDR3-2133 PC3-17000 266 MHz 1066 MHz 17 Go/s
Barrette DDR 3
Une barrette de mémoire DDR-3.

Fabrication d'une barrette mémoire

Le processus de fabrication d'une barrette mémoire est d'autant plus strict que la mémoire est à hautes performances. Voici une vidéo sympatique de la marque CRUCIAL qui permet de voir toutes les étapes de la fabrication d'une barrette mémoire hautes performances :

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