RAM

Types de mémoires vives




On distingue généralement deux grandes catégories de mémoires vives :

• Les mémoires dynamiques (DRAM, Dynamic Random Access Module), peu coûteuses.
  Elles sont principalement utilisées pour la mémoire centrale de l'ordinateur ;
  
• Les mémoires statiques (SRAM, Static Random Access Module), rapides et onéreuses.
  Les SRAM sont notamment utilisées pour les mémoires cache du processeur ;
  

Fonctionnement de la mémoire vive




La mémoire vive 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.


Etant 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 accèder 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.

Formats de barrettes de mémoire vive




Il existe de nombreux types de mémoires vives. Celles-ci se présentent toutes sous
la forme de barrettes de mémoire enfichables sur la carte-mère.

Les premières mémoires se présentaient sous la forme de
puces appelées DIP (Dual Inline Package). Désormais les mémoires
se trouvent généralement sous la forme de barrettes, c'est-à-dire des cartes
enfichables dans des connecteurs prévus à cet effet. On distingue habituellement trois types de barrettes
de RAM :

• les barrettes au format SIMM (Single Inline Memory Module) : il s'agit de 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 (286, 386).
    
    
    
    
  • Les barrettes SIMM à 72 connecteurs (dont les dimensions sont 108x25mm) sont des mémoires capables
    de gérer 32 bits de données simultanément. Ces mémoires équipent des PC allant
    du 386DX aux premiers Pentium. 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 absolument équiper ces ordinateurs de deux barrettes
    SIMM. Il n'est pas possible 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'enfichage.
    
    
    
    
  
  </li>
  
• les barrettes au format DIMM (Dual Inline Memory Module) sont des mémoires 64 bits, ce
  qui explique pourquoi il n'est pas nécessaire de les apparier.
  Les barrettes DIMM possèdent des puces
  de mémoire de part et d'autre du circuit imprimé et ont également 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 possèdent un second détrompeur pour éviter la
  confusion.
  
  
  
  
  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.
  
  
  Il existe en outre des modules de plus petite taille, appelés SO DIMM (Small Outline DIMM),
  destinés 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 au format RIMM (Rambus Inline Memory Module, appelées également
  RD-RAM ou DRD-RAM) sont des mémoires 64 bits
  développée par la société Rambus. Elles possèdent 184 broches. Ces barrettes possèdent
  deux encoches de repérage (détrompeurs), évitant tout risque de confusion avec les modules précédents.
  
  
  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 Outline RIMM),
  destinés aux ordinateurs portables. Les barrettes SO RIMM comportent uniquement 160 broches.
  

DRAM PM





La DRAM (Dynamic RAM, RAM dynamique)
est le type de mémoire le plus
répandu au début du millénaire. 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'information d'un bit. 1
octet comprenant 8 bits, une barrette de mémoire DRAM de 256 Mo
contiendra donc
256 * 2^10 * 2^10 = 256 * 1024 * 1024 = 268 435 456 octets = 268 435
456 * 8 = 2 147 483 648 bits = 2 147 483 648 transistors.
Une barrette de 256 Mo possède ainsi en réalité une capacité de
268 435 456 octets, soit 268 Mo !
Ce sont des mémoires dont le temps d'accès est de 60 ns.


D'autre part, les accès mémoire se font généralement sur
des données rangées consécutivement en mémoire. Ainsi le mode
d'accès en rafale (burst mode) permet d'accéder aux trois données
consécutives à la première sans temps de latence supplémentaire.
Dans ce mode en rafale, le temps d'accès à la première donnée est
égal au temps de cycle auquel il faut ajouter le temps de latence, et le temps d'accès
aux trois autres données est uniquement égal aux temps de cycle, on note donc sous
la forme X-Y-Y-Y les quatre temps d'accès, par exemple la notation 5-3-3-3 indique une
mémoire pour laquelle 5 cycles d'horloge sont nécessaires pour accéder à
la première donnée et 3 pour les suivantes.

DRAM FPM





Pour accélérer les accès à la DRAM, il existe une technique,
appelée pagination consistant à accéder à des données situées sur une même colonne en modifiant uniquement l'adresse de la ligne, ce qui
permet d'éviter la répétition du numéro de colonne entre la lecture
de chacune des lignes. On parle alors de DRAM FPM

(Fast Page Mode). 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.


DRAM EDO




La DRAM EDO (Extended Data Out, soit Sortie des données améliorée parfois
également appelé "hyper-page")
est apparue en 1995. La technique utilisée avec ce type de mémoire consiste à

adresser la colonne suivante pendant la lecture des données d'une colonne. Cela crée
un chevauchement des accès permettant de gagner du temps sur chaque cycle. Le temps d'accès
à la mémoire EDO est donc d'environ 50 à 60 nanosecondes pour une fréquence
de fonctionnement allant de 33 à 66 Mhz.


Ainsi, la RAM EDO, lorsqu'elle est utilisée en
mode rafale permet d'obtenir des cycles de la forme 5-2-2-2, soit un
gain de 4 cycles sur l'accès à 4 données. Dans la
mesure où la mémoire EDO n'acceptait pas des fréquences supérieures à
66
Mhz, elle a disparu au bénéfice de la SDRAM.
SDRAM




La SDRAM (Synchronous DRAM, traduisez RAM synchrone),
apparue en 1997, permet une lecture des données synchronisée avec
le bus de la carte-mère, contrairement aux mémoires EDO et FPM (qualifiées d'asynchrones) possédant leur propre horloge. La SDRAM permet donc de s'affranchir
des temps d'attente dus à la synchronisation avec la carte-mère.
Celle-ci permet d'obtenir un cycle en mode rafale de la forme 5-1-1-1,
c'est-à-dire un gain de 3 cycles par rapport à la RAM EDO. De cette façon
la SDRAM est capable de fonctionner avec une cadence allant jusqu'à 150 Mhz, lui permettant
d'obtenir des temps d'accès d'environ 10 ns.

DR-SDRAM (Rambus DRAM)




La DR-SDRAM (Direct Rambus DRAM ou encore RDRAM) est un type de mémoire permettant
de transférer les données sur un bus de 16 bits de largeur à

une cadence de 800Mhz, 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 construire des barrettes de RAM selon cette
technologie doit reverser des droits (royalties) aux sociétés RAMBUS et Intel.

DDR-SDRAM





La DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM) est une mémoire basée
sur la technologie SDRAM, permettant de doubler le taux de transfert de la SDRAM à fréquence égale.


La lecture ou l'écriture de données en mémoire est réalisé
sur la base d'une horloge. Les mémoires DRAM standard utilisent une méthode appelé SDR
(Single Data Rate) consistant à lire ou à écrire une donnée à chaque front
montant.





La DDR permet de doubler la fréquence des lectures/écritures, avec une horloge cadencée
à la même fréquence, en envoyant les données à chaque front montant, ainsi qu'à chaque
front descendant.





Les mémoires DDR possèdent généralement
une appellation commerciale du type PCXXXX où «XXXX» représente le débit en Mo/s.

DDR2-SDRAM




La mémoire DDR2 (ou DDR-II) permet d'atteindre des débits deux fois plus élevés que la DDR à fréquence
externe égale.


On parle de QDR (Quadruple Data Rate ou quad-pumped)pour désigner la méthode de lecture et
d'écriture utilisée. La mémoire DDR2 utilise en effet deux canaux séparés pour la lecture et pour l'écriture,
si bien qu'elle est capable d'envoyer ou de recevoir deux fois plus de données que la DDR.




La DDR2 possède également un plus grand nombre de connecteurs que la DDR classique
(240 pour la DDR2 contre 184 pour la DDR).

tableau récapitulatif




Le tableau ci-dessous donne la correspondance entre la fréquence de la carte-mère
(FSB), celle de la mémoire (RAM) et son débit :



MémoireAppellationFréquence (RAM)Fréquence (FSB)Débit

DDR200	PC1600	200 MHz	100 MHz	1,6 Go/s
DDR266	PC2100	266 MHz	133 MHz	2,1 Go/s
DDR333	PC2700	333 MHz	166 MHz	2,7 Go/s
DDR400	PC3200	400 MHz	200 MHz	3,2 Go/s
DDR433	PC3500	433 MHz	217 MHz	3,5 Go/s
DDR466	PC3700	466 MHz	233 MHz	3,7 Go/s
DDR500	PC4000	500 MHz	250 MHz	4 Go/s
DDR533	PC4200	533 MHz	266 MHz	4,2 Go/s
DDR538	PC4300	538 MHz	269 MHz	4,3 Go/s
DDR550	PC4400	550 MHz	275 MHz	4,4 Go/s
DDR2-400	PC2-3200	400 MHz	100 MHz	3,2 Go/s
DDR2-533	PC2-4300	533 MHz	133 MHz	4,3 Go/s
DDR2-667	PC2-5300	667 MHz	167 MHz	5,3 Go/s
DDR2-675	PC2-5400	675 MHz	172,5 MHz	5,4 Go/s
DDR2-800	PC2-6400	800 MHz	200 MHz	6,4 Go/s

Synchronisation (timings)




Il n'est pas rare de voir des notations du type 3-2-2-2 ou 2-3-3-2 pour décrire le paramétrage de la
mémoire vive. Cette suite de quatre chiffres décrit la synchronisation de la mémoire (en anglais
timing), c'est-à-dire la succession de cycles d'horloge nécessaires
pour accéder à une donnée stockée en mémoire vive. Ces quatre chiffres correspondent
généralement, dans l'ordre, aux valeurs suivantes :

• CAS delay ou CAS latency (CAS signifiant Column Address Strobe) : il s'agit du nombre de cycles d'horloge s'écoulant entre l'envoi
  de la commande de lecture et l'arrivée effective de la donnée. Autrement dit, il s'agit du temps d'accès à une colonne.
  
• RAS Precharge Time (noté tRP, RAS signifiant Row Address Strobe) : il s'agit du nombre de cycles d'horloge entre deux instructions
  RAS, c'est-à-dire entre deux accès à une ligne.
  opération.
  
• RAS to CAS delay (noté parfois tRCD) : il s'agit du nombre de cycles d'horloge correspondant
  au temps d'accés d'une ligne à une colonne.
  
• RAS active time (noté parfois tRAS) : il s'agit du nombre de cycles d'horloge correspondant
  au temps d'accés à une ligne.
  

Les cartes mémoires sont équipées d'un dispositif appelé SPD
(Serial Presence Detect), permettant au BIOS de connaître les valeurs nominales de réglage
définies par le fabricant. Il s'agit d'une EEPROM dont les données seront
chargées par le BIOS si l'utilisateur choisi le réglage « auto ».

La correction d'erreurs




Certaines mémoires possèdent des mécanismes permettant de pallier
les erreurs afin de garantir l'intégrité des données qu'elles contiennent.
Ce type de mémoire est généralement utilisé sur des systèmes
travaillant sur des données critiques, c'est la raison pour laquelle on trouve ce type de mémoire dans les serveurs.

Bit de parité




Les barrettes avec bit de parité permettent de s'assurer que les données contenues
dans la mémoire sont bien celles que l'on désire. Pour ce faire, un des bits de chaque
octet stocké en mémoire sert à conserver la somme des bits de données.

Le bit de parité vaut 1 lorsque la somme des bits de données est impaire
et 0 dans le cas contraire.


De cette façon les barrettes avec bit de parité
permettent de vérifier l'intégrité des données mais ne permettent pas
de corriger les
erreurs. De plus pour 9 Mo de mémoire, seulement 8 serviront à stocker
des données,
dans la mesure où le dernier mégaoctet conservera les bits de parité.
Barrettes ECC




Les barrettes de mémoire ECC (Error Correction Coding) sont des mémoires possédant plusieurs bits dédiés à la correction d'erreur (on les appelle ainsi bits de contrôle). Ces barrettes, utilisées principalement dans les serveurs, permettent
de détecter les erreurs et de les corriger.

Dual Channel



Certains contrôleurs mémoire proposent un double canal (en anglais Dual Channel) pour la mémoire.
Il s'agit d'exploiter les modules de mémoire par paire afin de cumuler la bande passante et ainsi exploiter au
maximum les capacités du système. Il est essentiel, lors de l'utilisation du Dual Channel, d'utiliser des barrettes
identiques par paire (fréquence, capacité et préférentiellement de même marque).