Mémoire informatique

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Depuis les débuts de l'électricité, les phénomènes électriques étant généralement très rapides à l'échelle humaine, les ingénieurs ont cherché à conserver certaines informations pendant un temps suffisant afin de les analyser.

Une multitude de systèmes ont vu le jour : le plus courant, le condensateur se comporte comme un accumulateur d'énergie, il est capable de conserver pendant un temps certain une quantité d'énergie électrique. Une mémoire est un système électrotechnique destiné à conserver pendant un certain temps un signal.

L'électronique numérique et l'informatique ont décuplé les besoins de mémorisation des signaux.

En informatique, la mémoire est la structure indispensable au fonctionnement d'un système informatique, au même titre que le processeur. Cette structure fait appel aux technologies permettant de conserver fidèlement des données sous forme numérique.

Sommaire 1 Fonction de la mémoire 2 Différentes technologies 2.1 Condensateur 2.2 Électronique 2.3 Nouvelle génération 2.4 Électromécanique 2.5 Tore magnétique 3 Fonctionnement des mémoires 3.1 Différentes fonctions de la mémoire 3.2 Hiérarchie de mémoire 4 Notes et références

[modifier] Fonction de la mémoire

En électronique numérique, qui est la base de l'informatique, on cherche à mémoriser une information la plus simple possible, généralement cela se limite au système binaire, qui se contente de la présence ou non d'information.

[modifier] Différentes technologies

Types de mémoire RAM et ROM

Volatiles DRAM eDRAM SRAM 1T-SRAM à venir : Z-RAM

Non-Volatiles ROM PROM EPROM EEPROM à venir : FeRAM MRAM NRAM PRAM

[modifier] Condensateur

Les condensateurs ont comme première propriété de stocker l'énergie électrique. Ils ont été très tôt utilisés comme mémoire, mais leurs faibles performances les ont cantonnés longtemps à des rôles subalternes de filtrage.

Depuis les progrès de la micro-électronique, c'est la capacité de microscopiques condensateurs organisés en trames, agencés et gérés au sein de puces électroniques qui sert de mémoire numérique rapide pour les ordinateurs modernes. Ces circuits intégrés spécialisés se nomment mémoire dynamique ou DRAM. Le gros défaut est dû à la taille des condensateurs : ils sont tellement minuscules que l'information ne peut être conservée intacte que quelques fractions de seconde. Il faut donc en permanence rafraîchir les informations, ce qui nécessite des circuits annexes.

[modifier] Électronique

Les circuits logiques (bascule) permettent de fabriquer des mémoires. Les mémoires ainsi réalisées peuvent être classées en deux familles : les SRAM et les ROM :

• les SRAM ou (Static Random Access Memory) ont plusieurs défauts : elles sont de grandes consommatrices d'énergie électrique, mais surtout elles ne pouvaient être suffisamment intégrées pour rivaliser avec les mémoires dynamiques à condensateurs. Par contre, elles sont réputées très rapides ;
• les technologies utilisées, pour les "mémoires flash" et autres appellations de mémoire de poche, ont permis de dépasser allègrement les performances des anciennes SRAM au prix de quelques concessions à la vitesse de transfert ;
• les ROM ou (Read Only Memory) ont l'avantage de ne pas être volatiles : on y entre des données et elles restent intactes en absence d'alimentation. Par contre, elles sont lentes d'accès et la modification des données n'est pour certains modèles pas possible.

[modifier] Nouvelle génération

Une nouvelle génération^[1] de mémoire RAM pourrait combiner les avantages de la DRAM actuelle (densité d’intégration) et de la ROM (non-volatilité) et améliorer radicalement les performances de ces deux technologies. Améliorer la performance des mémoires électroniques (i.e. mémoires à semi-conducteurs), c’est réduire le nombre d’électrons nécessaires au stockage d’un bit d’information. Le but ultime est donc la mémoire mono-électronique qui n'utiliserait qu'un électron (ou quelques électrons) à la place de près d'un demi-million nécessaires aujourd'hui au stockage d'un bit élémentaire d'information.

[modifier] Électromécanique

Les systèmes électromécaniques à base de relais ont été parmi les premiers systèmes fiables destinés à mémoriser des informations.

Depuis, de multiples systèmes électromécaniques sont capables d'enregistrer sous forme magnétique ou optique des données en grande quantité : disque dur, disquette, DAT, CD-ROM, DVD.

[modifier] Tore magnétique

La technique du tore magnétique utilisait la capacité d'un tore de ferrite à conserver une information magnétique binaire. Associé à une gestion électronique, les ordinateurs des années 1960-1970, avaient accès à un système mémoire performant (pour l'époque), quoique quelque peu encombrant par rapport à celui de la mémoire dynamique. Il présente par contre un énorme avantage: conserver ces informations pendant plusieurs années. La photo jointe représente la tranche d'un bit (64x64x1). Les mémoires avaient la forme d'un bloc de 20 cm de coté, comportant de 19 à 25 tranches pour former environ 4k mots de 19 à 25 bits.

On peut voir d'autres photos de mémoires à tores sur http://pichotjm.free.fr/Serel/MemTores/MemTores.html

Une photo d'un bloc mémoire sur http://pichotjm.free.fr/Serel/ODP505/Memoire/PICT4462.html

Une photo d'une mémoire complète avec toute son électronique de commande à transistors germanium sur http://pichotjm.free.fr/Serel/ODP505/Memoire/PICT4450.html Il y a une soixantaine de cartes électroniques pour piloter le bloc de mémoire à tores Transfluxor.

[modifier] Fonctionnement des mémoires

[modifier] Différentes fonctions de la mémoire

Pour des raisons économiques, les mémoires sont en général divisées en plusieurs familles traitées, la plupart du temps, différemment par le système d'exploitation^[2].

• La mémoire-registre est intégrée au processeur. Ce type de mémoire est très rapide mais aussi très cher et est donc réservé à une très faible quantité de données.
• La mémoire vive permet au processeur et aux contrôleurs annexes de stocker de façon temporaire les données indispensables à leur fonctionnement mais néanmoins d'une façon moins dépendante du microprocesseur. La mémoire cache est une mémoire plus rapide et donc plus chère.
• La mémoire de masse constitue le moyen d'archiver les données avant et après leur traitement informatique ; ce type de mémoire est généralement le plus lent des trois mais il offre le meilleur rapport coût / quantité de stockage de données.

Une mémoire est dite rémanente quand l'extinction temporaire du système n'en détruit pas le contenu, comme dans le cas des téléphones portables ou des autoradios. Cette mémoire n'est pas toujours gérée comme un système de fichier et est parfois intégrée dans le même espace logique que la mémoire vive. Ainsi, certains systèmes d'exploitation tel que VAX-11/VMS ou OpenVMS proposent un adressage virtuel, appelé VMS, dans lequel les disques durs apparaissaient comme de la mémoire vive.

La mémoire morte fournit à ces mêmes composants informatiques les données invariables (programmes et données) nécessaires à leur démarrage et, par la suite, à leur fonctionnement, en les stockant de manière rémanente et inaltérable.

[modifier] Hiérarchie de mémoire

L'accès mémoire, l'efficacité du cache et les transferts entre les différents niveaux de la hiérarchie de la mémoire deviennent une limite importante de la rapidité de la machine. Le processeur peut se retrouver à attendre que les transferts de mémoire s'accomplissent.

Les différentes mémoires se distinguent principalement par :

• Le prix ;
• La capacité à être modifiées (écriture et réécriture) ;
• L'encombrement ;
• La consommation électrique ;
• Le temps de conservation de données.

Caractéristiques des mémoires informatiques :

• Adresse : valeur numérique désignant un élément physique de mémoire.
• Capacité ou taille de la mémoire : quantité d’informations qu’elle peut contenir. On peut l’exprimer en fonction de nombre de bits, d'octets (ou bytes), ou de mots,
• Temps d’accès : temps qui s’écoule entre une demande de lecture ou d’écriture et son accomplissement.
• Cycle mémoire : temps minimum entre deux accès consécutifs plus long que le temps d’accès, car le bon fonctionnement de la mémoire nécessite quelques opérations de maintien, de stabilisation de signaux...
• Débit : nombre d’octets ou bits pouvant être lus ou écrits par seconde (exemple 12 Mo/s).
• Volatilité : perte ou non du contenu, une mémoire volatile perd son contenu lorsqu’on coupe le courant. (RAM : volatile, si l’on coupe le courant tout est aussitôt perdu ; bande magnétique : perte après 5 ans).

[modifier] Notes et références

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