Architecture Matérielle des Systèmes informatiques.

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Architecture Mat éri elle d es Systèm es In form atiqu es
Architecture Matérielle des Systèmes informatiques.
S1S1
STS Inform atiqu e de Gestion, 1
an née
BTS Informatique de Gestion
1ère année
THEME 2 :
L’ARCHITECTURE D’UN ORDINATEUR
Dossier 1
Les différentes formes de mémoire.
Objectifs
Connaître les technologies des barrettes mémoires et des autres mémoires.
Plan de la séquence
1 La mémoire vive de l’ordinateur.
1.1. Les barrettes mémoire.
1.2. Les barrettes SIMM.
1.3. Les barrettes DIMM.
2. Les différents types de RAM.
2.1. La DRAM.
2.2. La SDRAM.
2.3. la SRAM.
2.4. Comparatif des différentes technologies de barrettes mémoires.
3. Les autres mémoires.
3.1. La mémoire vidéo VRAM.
3.2. La mémoire des paramètres CMOS.
3.3. La mémoire cache.
T2D1. Les di fférent es form es d e mémoi re.
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1. La mémoire vive de l’ordinateur.
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.
1.1. Les barrettes mémoires.
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-àdire des cartes enfichables dans des connecteurs
prévus à cet effet. On distingue deux types de
barrettes de RAM : les barrettes au format
SIMM (Single Inline Memory Module) et les
barrettes au format DIMM (Dual Inline
Memory Module) : ce sont des circuits imprimés
possédant respectivement sur une ou deux faces
des puces de mémoire.
1.2. Les barrettes SIMM.
Les barrettes au format SIMM (Single Inline Memory Module) ne possèdent de puces de mémoire que sur
un seul côté. 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 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 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.
1.3. Les barrettes DIMM.
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.
A noter que les connecteurs DIMM ont été améliorés afin de permettre une insertion facile des barrettes
grâce à des leviers situés de part et d'autre du connecteur.
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2. Les différents types de RAM.
Il existe principalement trois types de RAM :
La DRAM, la SRDAM et la SRAM.
2.1. La DRAM.
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. Le temps de latence est dû à la recherche et au positionnement de la
lecture. 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 53-3-3 indique une mémoire pour laquelle 5 cycles d'horloge sont nécessaires pour accéder à la première
donnée et 3 pour les suivantes. Les 5 cycles correspondent donc à un temps de latence de 2 cycles et une
lecture de 3 cycles, comme pour les autres données.
La DRAM (Dynamic RAM, RAM dynamique) est la plus ancienne mémoire utilisée, toujours sur des
barrettes SIMM.
Il s'agit d'u ne 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 16 Mo contiendra donc
.............................................. = .......................... octets
soit............................................. = .........................bits
donc........................................... transistors.
Trois générations ont vu le jour, chaque fois après une amélioration au niveau des techniques d’accès aux
données.
La DRAM FPM (barrettes SIMM 30 connecteurs)
La DRAM EDO (barrettes SIMM 72 connecteurs).
Dans la mesure où la mémoire EDO n'acceptait pas des fréquences supérieures à 66 Mhz, elle a disparu
au bénéfice de la SDRAM.
2.2 La SDRAM (barrettes DIMM).
Ø 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'a synchrones) 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 150Mhz, lui permettant
d'obtenir des temps d'accès d'environ 10ns.
Ø La DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM) est une mémoire fondée sur la technologie SDRAM,
permettant de doubler le taux de transfert de la SDRAM à fréquence égale.
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Ø La DR-SDRAM (Direct Rambus SDRAM 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.
Les barrettes utilisées sont spécifiques et nommées RIMM (Rambus In-Line Memory Module).
La RDRAM, apparue en 1999, était la première mémoire de type DDR commercialisée
en grande série. Elle devait être la mémoire de prédilection du Pentium 4 mais
le fait que Rambus contrôlait les brevets et pratiquait des tarifs plutôt
élevés a fait que la DDR standard s’est généralisée.
Le DR-SDRAM a évolué pour devenir la XDR-DRAM
et maintenant la XDR2-DRAM.
La XDR et la XDR2 sont des évolutions de la RDRAM. Elles ont une latence réduite et présentent des
performances plus élevées que la DDR2 ou la DDR3. Elles n’ont pas équipé de cartes mères de PC mais
on les retrouve dans des cartes graphiques haut de gamme ou dans les mémoires des PlayStation 2 et 3 de
Sony.
Intel semble intéressé par cette technologie pour ses futurs processeurs 32 nm, mais rien n'a encore été
décidé.
2.3. La SRAM.
L’inconvénient des DRAM réside dans le fait qu'elles sont dynamiques. Elles sont composées de
condensateurs qui se déchargent spontanément. Il faut donc les rafraîchir (les re-remplir).
La mémoire statique SRAM (Static RAM) ne nécessite pas de rafraîchissement. Elle est, en outre,
beaucoup plus rapide que la mémoire dynamique. Elle équipe toutes les mémoires flash (appareils photos,
clé USB, cartes bancaires ou vitales, …)
2.4. Comparatif des différentes technologies de barrettes mémoires.
J Les barrettes SIMM.
Fréquence
Bande passante
maximale
FPM
33 Mhz
178 Mo/s
EDO
33 MHz
264 Mo/s
SIMM
Barrette
J Les barrettes DIMM.
Pour les barrettes DIMM, il est possible de calculer leur bande passante (leur capacité de transfert de
données en une seconde) ainsi :
Fréquence réelle = ......................................................................................................... .
Bande Passante = ..........................................................................................................
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J Les barrettes DIMM SDRAM.
Les barrettes SDRAM n'ont qu'u n seul canal, un bus de 64 bits.
Leur nom commercial commence par PC et est suffixé de leur fréquence.
DIMM
Barrette
Fréquence
Bande passante
maximale
Nom commercial
66 Mhz
100 Mhz
133 Mhz
150 Mhz
SDRAM
J Les barrettes DIMM DDR.
Le nom commercial de ces barrettes commence par PC, suffixé de leur bande passante.
Il arrive que PC soit suivi d'un 2 pour la DDR II et d'une 3 pour la DDR III.
Enfin, la DDR I possède 2 canaux, la DDR II possède 4 canaux et la DDR III possède 8 canaux.
Barrette
DDRSDRAM
DDR
DIMM
DDR I
DDR II
DDR III
Fréquence (MHz)
du bus
réelle
100
133
150
166
200
133
166
200
133
Bande passante
maximale
Nom commercial
166
200
J Les barrettes Rambus.
Ce sont des RAM travaillant sur un bus de 16 bits.
Barrette
Fréquence (MHz)
XDR DRAM
3200
4000
4800
8000
XDR2 DRAM
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Bande passante
maximale
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3. Les autres mémoires
3.1. La mémoire vidéo VRAM.
De nombreuses c artes vidéo possè dent leur propre mémoire, ce qui présente un do uble intérêt : ne pas monopoliser
de la RAM et avoir de meilleur s temps d’accès p uisqu’elle est plus proche des processe urs graphiques.
Actuellement, les cartes graphiques sont équipée s de GDDR2 (pour les plus anciennes et moins performantes) ou
GDDR3 voire GDDR4.
GDDR signifie qu'une DDR (2,3 ou 4) est utilisée en tant que RAM graphique.
Certaines cartes graphique s utilisent de la XDR DRAM.
3.2. La mémoire des paramètres CMOS.
La mé moire CMOS est présente dans tous les PC. Il s'agit d'une mémoire vive où sont stockées les informations
concernant la configuration de votre ordinate ur (nombre et types de disque s durs et de lecteur s de disquettes, par
exemple) ainsi que la date et l'he ure. ( CMOS e st le nom de la technologie employée pour réaliser de s composants
à très faible consommation électrique.)
Cette mémoire est volatile, mais alimentée par une batterie et non par l’alimentation principale. Ainsi, même
lorsque l’ordinateur est éteint, la CMO S est conservée.
3.3. La mémoire cache.
Il existe principalement 3 niveaux de mémoire cache : Layer 1 ou L1, L2 et L3.
La mémoire cache est une mémoire située à l’intérieur du microprocesseur. Elle offre des temps d’accès ultra
courts du fait de la proximité avec le processeur.
J La mémoire cache L1
Elle est directement implantée dans le microprocesseur. Elle contient les instructions et données les plus so uvent
utilisée s. C'est le processe ur qui gère le contenu.
Le cache L1 est apparu avec les Intel Pentium. A l'époque, sa capacité était de 8 Kio pour les données et de 8 KB
pour les instructions. L'évolution de la structure interne des processeur s l'a fait passer à 128 Kio (64 + 64) pour les
processeurs actue ls comme les Athlon 64, Core2Duo, Core2Quad.
L'utilisation optimale est surtout liée à la prédiction de branchement. T ant que le programme est linéaire, sans choix
possibles, la liste des instructions stockées ne pose pas de problème. Par contre, en cas de branchement (une
instruction conditionnelle), si le contenu de la mémoire est faux, la liste d'instruction doit être complètement
rechargée, ce qui prend be auco up de temps.
L'utilisation du cache instruction est surtout liée à la structure pipeline des processeur s modernes.
J La mémoire cache L2
La mémoire cache L2 est une mémoire tampon généralement externe au processeur. Elle est directement gérée par
le processeur. La méthode actuelle permet de mieux le gérer (meille urs performances de l'ordinateur), notamment
pour la prédiction de branchement dans le cas de s instructions conditionnelles. Les processeurs le s plus performants
l'intègrent directement dans leur architecture interne.
La taille était de 16 Kio pour les premiers microprocesseurs utilisant ce principe. Les ordinateurs modernes utilisent
jusque 1 Mio (Opteron d'AMD) ou 2 MB (Intel Xeon).
J La mémoire cache L3
La mémoire cache L3 est une mémoire tampon externe au processeur. Elle n'est implantée que dans les
microprocesseurs le s plus performants comme les Itanium II.
La gestion du cache L3 se fait dans la majorité des c as par un contrôleur de cache externe. Néanmoins, cette
méthode ralentit le traitement. Les processeurs modernes gèrent directement ce cache. Les Itanium gèrent jusque 9
Mio suivant les versions, les Xeon 1 ou 2 Mio depuis la version MP, et le i7 8Mio AMD n'a pas encore réellement
implanté cette mémoire tampon (sauf dans le s Phenom 3X et 4X) mais l'étudie pour se s Opteron, notamment
comme mémoire partagée pour les dual-core.
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