Lorsque notre ordinateur est lent, l’une des premières choses que nous regardons est de savoir si nous avons assez de RAM. En outre, l’une des exigences que tous les programmes, jeux et systèmes d’exploitation ont généralement est un minimum de mémoire RAM. Qu’est-ce que la mémoire RAM et à quoi sert-elle ? Tout cela et plus encore, nous le verrons aujourd’hui dans cet article.
Qu’est-ce que la mémoire RAM ?
La RAM (Random Access Memory) ou mémoire vive est un composant physique de notre ordinateur, généralement installé sur la carte mère elle-même. La mémoire RAM est amovible et peut être étendue au moyen de modules de différentes capacités.
La fonction de la RAM est de charger toutes les instructions qui sont exécutées par le processeur. Ces instructions proviennent du système d’exploitation, des périphériques d’entrée et de sortie, des disques durs et de tout ce qui est installé dans l’ordinateur.
Dans la mémoire RAM sont stockées toutes les données et instructions des programmes en cours d’exécution, qui sont envoyées par les unités de stockage avant leur exécution. De cette façon, nous pouvons avoir tous les programmes que nous exécutons à notre disposition, si nous attendons à peine.
Si la mémoire vive n’existait pas, les instructions devraient être prises directement sur les disques durs et ceux-ci sont beaucoup plus lents que cette mémoire vive, c’est pourquoi elle est un élément essentiel des performances d’un ordinateur.
Elle est appelée mémoire à accès aléatoire, car elle peut être lue et écrite dans n’importe lequel de ses emplacements mémoire sans qu’il soit nécessaire de respecter un ordre séquentiel d’accès. Cela signifie qu’il n’y a pratiquement aucun délai d’attente pour accéder aux informations.
Composants physiques de la mémoire RAM
En ce qui concerne les composants physiques d’un module de mémoire RAM, nous pouvons distinguer les parties suivantes :
Carte de composants
C’est la structure qui supporte les autres composants et les pistes électriques qui font communiquer chacune de leurs parties.
Chacune de ces cartes constitue un module de mémoire vive. Chacun de ces modules aura une capacité de mémoire déterminée en fonction des modules existants sur le marché.
Banques de mémoire
Ce sont les composants physiques responsables du stockage des registres. Ces banques de mémoire sont constituées de puces de circuits intégrés composés de transistors et de condensateurs qui forment des cellules de stockage. Ces éléments permettent de stocker des bits d’information à l’intérieur.
Pour que l’information reste à l’intérieur des transistors, une alimentation périodique des transistors est nécessaire. C’est pourquoi, lorsque nous éteignons notre ordinateur, cette mémoire est complètement vide.
C’est la grande différence qui existe par exemple entre la mémoire RAM et les unités de stockage SSD.
Chaque module de RAM comporte plusieurs de ces banques de mémoire séparées physiquement par des puces. Il est ainsi possible d’accéder aux informations de l’un d’entre eux pendant qu’un autre est en train de charger ou de décharger.
Horloge
La RAM synchrone possède une horloge qui synchronise les opérations de lecture et d’écriture de ces éléments. Les mémoires asynchrones ne disposent pas de ce type d’élément intégré.
Puce SPD
La puce SPD (Serial Presence Detect) est chargée de stocker les données relatives au module RAM. Ces données sont la taille de la mémoire, le temps d’accès, la vitesse et le type de mémoire. De cette façon, l’ordinateur saura quelle mémoire RAM est installée dans celui-ci lorsqu’il sera contrôlé lors de la mise sous tension.
Bus de connexion
Ce bus est constitué de contacts électriques et est chargé de permettre la communication entre le module de mémoire et la carte mère. Grâce à cet élément, nous aurons des modules de mémoire séparés de la carte mère, ce qui permettra d’étendre la capacité de mémoire au moyen de nouveaux modules.
Types de modules de mémoire RAM
Une fois que nous avons vu les différents composants physiques des mémoires RAM, nous devons également connaître le type d’encapsulation ou de modules qu’elles possèdent. Ces modules se composent essentiellement de la carte de composants et du bus de connexion avec ses broches de contact. Il s’agit, entre autres, des modules les plus utilisés à l’époque et aujourd’hui :
- RIMM : ces modules montent des mémoires RDRAM ou Rambus DRAM. Nous les verrons plus tard. Ces modules disposent de 184 broches de connexion et d’un bus de 16 bits.
- SIMM : ce format était utilisé dans les anciens ordinateurs. Vous aurez des modules à 30 et 60 broches et un bus de données de 16 et 32 bits.
- DIMM : c’est le format actuellement utilisé pour la mémoire DDR dans les versions 1, 2, 3 et 4. Le bus de données est de 64 bits et peut avoir : 168 broches pour la RAM SDR, 184 pour la DDR, 240 pour la DDR2 et la DDR3 et 288 pour la DDR4.
- SO-DIMM : Il s’agit du format DIMM spécifique à l’ordinateur portable.
- FB-DIMM : format DIMM pour les serveurs.
Types de technologies de RAM
En général, il existe ou a existé deux types de RAM. Le type asynchrone, qui ne dispose pas d’une horloge pour se synchroniser avec le processeur. Et le type synchrone qui est capable de maintenir la synchronisation avec le processeur pour gagner en efficacité et en efficience dans l’accès et le stockage des informations en leur sein. Voyons ce que chaque type existe.
Mémoires asynchrones ou de type DRAM
Les premières mémoires DRAM (Dynamic RAM) étaient de type asynchrone. On l’appelle DRAM en raison de sa caractéristique de stocker des informations de manière aléatoire et dynamique. Sa structure de transistor et de condensateur signifie que pour que des données soient stockées dans une cellule de mémoire, il est nécessaire d’alimenter périodiquement le condensateur.
Ces mémoires dynamiques étaient asynchrones, il n’y avait donc aucun élément capable de synchroniser la fréquence du processeur avec la fréquence de la mémoire elle-même. Cela signifie qu’il y avait une communication moins efficace entre ces deux éléments. Les mémoires asynchrones sont notamment les suivantes :
- FPM-RAM (Fast Page Mode RAM) : ces mémoires ont été utilisées pour le premier Intel Pentium. Sa conception consistait à pouvoir envoyer une seule adresse et recevoir en retour plusieurs adresses consécutives. Cela permet une meilleure réponse et une plus grande efficacité, car il n’est pas nécessaire d’envoyer et de recevoir continuellement des adresses individuelles.
- EDO-RAM (Extended Data Output RAM) : cette conception est une amélioration de la précédente. En plus de pouvoir recevoir simultanément des adresses contiguës, il lit la colonne d’adresses précédente, de sorte qu’il n’est pas nécessaire de continuer à attendre de recevoir des adresses lorsque l’une d’elles est envoyée.
- BEDO-RAM (Burst Extended Data RAM) : amélioration de l’EDO-RAM, cette mémoire était capable d’accéder à plusieurs emplacements mémoire pour envoyer des rafales de données (Burt) à chaque cycle d’horloge au processeur. Ce souvenir n’a jamais été commercialisé.
Mémoire de type synchrone ou SDRAM
Contrairement aux précédentes, cette mémoire RAM dynamique possède une horloge interne capable de la synchroniser avec le processeur. Cela améliore considérablement les temps d’accès et l’efficacité de la communication entre les deux éléments. Actuellement, tous nos ordinateurs sont équipés de ce type de mémoire. Examinons les différents types de mémoires synchrones.
Rambus DRAM (RDRAM)
Cette mémoire est la rénovation complète de la DRAM asynchrone. Il s’est amélioré par rapport à celui-ci, tant au niveau de la bande passante que de la fréquence de transmission. Elles ont été utilisées pour la console Nintendo 64. Ces mémoires étaient montées dans un module appelé RIMM et atteignaient des fréquences de 1200 MHz et une largeur de mot de 64 bits. Ils sont désormais obsolètes.
SDR SDRAM
Ils étaient les prédécesseurs des SDRAM DDR d’aujourd’hui. Ils se présentaient sous la forme de modules DIMM. Ils pouvaient être enfichés dans des emplacements de la carte mère et étaient composés de 168 contacts. Ce type de mémoire supportait une taille maximale de 515 Mo. Ils ont été utilisés dans les processeurs AMD Athlon et Pentium 2 et 3.
DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)
Ce sont les mémoires RAM actuellement utilisées dans nos ordinateurs, avec différentes mises à jour. La mémoire DDR permet le transfert d’informations par deux canaux différents simultanément dans le même cycle d’horloge (Double Data).
L’ensemble consistait en un module DIMM avec 184 contacts et une capacité maximale de 1 Go. La mémoire DDR a été utilisée par l’AMD Athlon et plus tard par le Pentium 4. Sa fréquence d’horloge maximale était de 500 MHz
DDR2 SDRAM
Grâce à cette évolution de la RAM DDR, les bits transférés dans chaque cycle d’horloge ont été doublés à 4 (quatre transferts), deux en avant et deux en arrière.
L’encapsulation est un type DIMM à 240 broches. Sa fréquence d’horloge maximale est de 1200 MHz. La latence (temps d’accès aux informations et de réponse) des puces DDR2 est plus élevée que celle de la DDR, ce qui réduit ses performances à cet égard. Les mémoires DDR2 ne sont pas des composants compatibles en installation avec la DDR, car elles fonctionnent à une tension différente.
DDR3 SDRAM
Une autre évolution de la norme DDR. Dans ce cas, l’efficacité énergétique est améliorée, car elle fonctionne à une tension inférieure. Le boîtier est toujours un DIMM à 240 broches et la fréquence d’horloge est augmentée à 2666 MHz. La capacité par module de mémoire peut atteindre 16 Go.
Comme pour le saut technologique, ces mémoires DDR3 ont une latence plus élevée que les versions précédentes, et leur installation n’est pas rétrocompatible.
DDR4 SDRAM
Comme dans les cas précédents, il présente une amélioration substantielle en termes de fréquence d’horloge, pouvant atteindre jusqu’à 4266 MHz. Comme pour le saut technologique, ces mémoires DDR4 ont une latence plus élevée que les précédentes et sont incompatibles avec les slots d’extension des technologies précédentes.
La mémoire DDR4 utilise des modules à 288 broches.
Nomenclature utilisée
Nous devons prêter une attention particulière à la nomenclature utilisée pour nommer les mémoires RAM actuelles de type DDR. Ainsi, nous pourrons identifier quelle mémoire nous achetons et quelle est sa fréquence.
Nous aurons d’abord la capacité de mémoire disponible suivie de “DDR(x)-(fréquence) PC(x)-(taux de transfert de données)”. Par exemple :
2 GB DDR2-1066 PC2-8500 : nous sommes en présence d’un module de RAM de 2 GB de type DDR2 qui fonctionne à une fréquence de 1066 MHz et avec un taux de transfert de 8500 MB/s.
Fonctionnement de la mémoire RAM
Pour savoir comment fonctionne une mémoire RAM, il faut d’abord voir comment elle communique physiquement avec le processeur. Si l’on tient compte de l’ordre hiérarchique de la mémoire RAM, elle se situe juste après la mémoire cache du processeur.
Il y a trois types de signaux que le contrôleur de RAM doit traiter, les signaux de données, les signaux d’adressage et les signaux de contrôle. Ces signaux circulent principalement sur les bus de données et d’adresses et sur d’autres lignes de commande. Examinons chacun d’entre eux.
Bus de données
Cette ligne est chargée de transporter les informations du contrôleur de mémoire vers le processeur et les autres puces qui en ont besoin.
Ces données sont regroupées en éléments de 32 ou 64 bits. En fonction de la largeur de bit du processeur, si le processeur est de 64, les données seront regroupées en blocs de 64 bits.
Bus d’adresse
Cette ligne est chargée de transporter les adresses mémoire contenant les données. Ce bus est indépendant du bus d’adresses du système. La largeur de bus de cette ligne sera la largeur de la RAM et du processeur, actuellement 64 bits. Le bus d’adresses est physiquement connecté au processeur et à la RAM.
Bus de contrôle
Les signaux de commande tels que les signaux d’alimentation Vdd, les signaux de lecture (RD) ou d’écriture (RW), le signal d’horloge et le signal de réinitialisation circulent sur ce bus.
Fonctionnement à deux canaux
La technologie à double canal permet d’augmenter les performances de l’appareil, car il est possible d’accéder à deux modules de mémoire différents en même temps. Lorsque la configuration à double canal est active, il sera possible d’accéder à des blocs de 128 bits au lieu des 64 bits habituels. Ceci est particulièrement visible lors de l’utilisation de cartes graphiques intégrées sur la carte mère, car, dans ce cas, une partie de la RAM est partagée pour être utilisée avec cette carte graphique.
Afin de mettre en œuvre cette technologie, un contrôleur de mémoire supplémentaire situé dans le chipset sur le pont nord de la carte mère sera nécessaire. Pour qu’un double canal soit efficace, les modules de mémoire doivent être de même type, de même capacité et de même vitesse. Et ils doivent être installés dans les emplacements indiqués sur la carte mère (généralement les paires 1-3 et 2-4). Ne vous inquiétez pas, cependant, car même s’il s’agit de modules de mémoire différents, ils pourront fonctionner en double canal.
Actuellement, nous pouvons également trouver cette technologie en utilisant le triple canal ou même le quadruple canal avec la nouvelle mémoire DDR4.
Cycle d’instruction d’une mémoire RAM
Le schéma de fonctionnement est représenté avec deux mémoires en double canal. Pour cela, nous aurons un bus de données de 128 bits, 64 bits pour chaque donnée contenue dans chacun des deux modules. De plus, nous aurons une unité centrale avec deux contrôleurs de mémoire CM1 et CM2.
Un bus de données 64 bits sera connecté à CM1 et l’autre à CM2. Pour que le CPU 64 bits puisse travailler avec deux blocs de données, il les répartira sur deux cycles d’horloge.
Le bus d’adresse contient l’adresse mémoire des données dont le processeur a besoin à un moment donné. Cette adresse sera celle de la cellule du module 1 ou du module 2.
L’unité centrale veut lire une donnée à partir de l’emplacement mémoire 2.
Le CPU veut lire les données de l’emplacement mémoire 2. Cette adresse correspond à deux cellules situées dans deux modules de RAM en double canal.
Lorsque nous voulons lire les données de la mémoire, le bus de contrôle active le fil de lecture (RD) afin que la mémoire sache que le CPU veut lire ces données.
Simultanément, le bus mémoire envoie cette adresse mémoire à la RAM, le tout synchronisé par l’horloge (CLK).
La mémoire a déjà reçu la demande du processeur, maintenant quelques cycles plus tard, elle va préparer les données des deux modules pour les envoyer sur le bus de données. Nous disons quelques cycles plus tard, car la latence de la mémoire RAM fait que le processus n’est pas immédiat.
Les 128 bits de données de la RAM seront envoyés sur le bus de données, un bloc de 64 bits pour une partie du bus et un bloc de 64 bits pour l’autre partie.
Maintenant, chacun de ces blocs va atteindre les contrôleurs de mémoire CM1 et CM2 et, en deux cycles d’horloge, le CPU va les traiter.
Le cycle de lecture est terminé. Pour effectuer l’action d’écriture, ce sera exactement la même chose, mais en activant le fil RW du bus de contrôle.
Comment savoir si une mémoire RAM est bonne ?
Pour savoir si une mémoire RAM a de bonnes ou de mauvaises performances, nous devons examiner certains de ses aspects.
- Technologie de fabrication : l’essentiel sera de savoir quelle technologie met en œuvre la mémoire RAM. Il doit également être le même que celui de la carte mère. Par exemple, s’il s’agit de DDR4 ou de DDR3, etc.
- Taille : un autre des principaux aspects est la capacité de stockage. Plus il y en a, mieux c’est, surtout si nous devons utiliser notre équipement pour des jeux ou des programmes très lourds, nous aurons besoin de mémoires RAM de grande capacité, 8, 16, 32 Go, etc.
- Capacité de la carte pour quel canal : un autre aspect à prendre en compte est de savoir si la carte permet le double canal. Si c’est le cas, et que nous voulons par exemple installer 16 Go de RAM, il serait préférable d’acheter deux modules de 8 Go chacun et de les installer en double canal, plutôt que d’en installer un seul de 16 Go.
- Latence : La latence est le temps nécessaire à la mémoire pour rechercher et écrire des données. Plus le temps de latence est faible, mieux c’est, bien qu’il faille également le mettre en balance avec d’autres aspects tels que la capacité de transfert et la fréquence. La mémoire DDR 4, par exemple, a une latence élevée, mais celle-ci est contrebalancée par une fréquence et un transfert de données élevés.
- Fréquence : C’est la vitesse à laquelle la mémoire fonctionne. Plus c’est élevé, mieux c’est.
Ceci conclut notre article sur ce qu’est la RAM et comment elle fonctionne, nous espérons qu’il vous a plu. Si vous avez des questions ou si vous voulez clarifier quelque chose, laissez-le dans les commentaires.
