Qu'est-ce que la mémoire RAM et comment fonctionne-t-elle?

Lorsque notre ordinateur est lent, l'une des premières choses que nous examinons est de savoir si nous avons suffisamment de mémoire RAM. En outre, l'une des exigences que tous les programmes, jeux et systèmes d'exploitation ont généralement est un minimum de RAM. Qu'est-ce que la RAM et à quoi sert-elle vraiment? Nous verrons tout cela et plus aujourd'hui dans cet article.

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Qu'est-ce que la RAM

La RAM (Random Access Memory) est un composant physique de notre ordinateur, généralement installé sur la même carte mère. La RAM est amovible et peut être étendue par des modules de différentes capacités.

La fonction de la mémoire RAM est de charger toutes les instructions qui sont exécutées dans 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 sur l'ordinateur.

Dans la mémoire RAM, toutes les données et instructions des programmes en cours d'exécution sont stockées, celles-ci sont envoyées depuis les unités de stockage avant leur exécution. De cette façon, nous pouvons avoir à disposition tous les programmes que nous exécutons, si vous attendez à peine.

Si la RAM n'existe pas, les instructions doivent être prises directement à partir des disques durs et celles-ci sont beaucoup plus lentes que cette mémoire à accès aléatoire, ce qui en fait un composant essentiel dans les 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 de mémoire sans avoir à respecter un ordre séquentiel pour son accès. Cela ne laisse pratiquement aucun intervalle d'attente pour accéder aux informations.

Composants physiques de la RAM

Quant aux composants physiques d'un module de mémoire RAM, on peut distinguer les parties suivantes:

Plaque de composant

C'est la structure qui supporte les autres composants et les pistes électriques qui communiquent chacune de leurs parties.

Chacune de ces cartes forme un module de mémoire RAM. Chacun de ces modules aura une certaine capacité de mémoire en fonction de ceux existant sur le marché.

Banques de mémoire

Ce sont les composants physiques chargés de stocker les enregistrements. Ces bancs de mémoire sont constitués de puces de circuits intégrés constituées de transistors et de condensateurs qui forment des cellules de stockage. Ces éléments permettent de stocker des bits d'informations.

Pour que les informations restent à l'intérieur des transistors, une alimentation électrique périodique leur sera nécessaire. C'est pourquoi lorsque nous éteignons notre ordinateur, cette mémoire est complètement vide.

C'est la grande différence entre, par exemple, les unités de stockage RAM et SSD.

Pour en savoir plus sur les disques SSD, vous pouvez visiter notre article où les meilleurs modèles et leurs caractéristiques sont expliqués en détail:

Chaque module RAM possède plusieurs de ces bancs de mémoire physiquement séparés par des puces. De cette façon, il est possible d'accéder aux informations de l'un d'entre eux pendant le chargement ou le déchargement d'un autre.

Horloge

Les mémoires RAM synchrones ont une horloge qui est chargée de synchroniser les opérations de lecture et d'écriture de ces éléments. Les mémoires asynchrones n'ont pas ce type d'élément intégré.

Puce SPD

La puce SPD (Serial Presence Detect) est en charge du stockage des données liées au module mémoire 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 à l'intérieur en le vérifiant lors de la mise sous tension.

Bus de connexion

Ce bus, composé de contacts électriques, est en charge de permettre la communication entre le module mémoire et la carte mère. Grâce à cet élément, nous aurons des modules de mémoire séparés de la carte mère, pouvant ainsi augmenter la capacité de mémoire au moyen de nouveaux modules.

Types de modules de mémoire RAM

Une fois que nous aurons vu les différents composants physiques des mémoires RAM, nous devrons également connaître le type d'encapsulation ou les modules qu'ils montent. Ces modules sont essentiellement constitués de la carte des composants et du bus de connexion ainsi que de leurs broches de contact. Voici, entre autres, les modules les plus utilisés avant et maintenant:

• RIMM: Ces modules montaient des mémoires RDRAM ou Rambus DRAM. Ensuite, nous les verrons. Ces modules ont 184 broches de connexion et un bus 16 bits. SIMM: ce format était utilisé par les anciens ordinateurs. Nous aurons 30 et 60 modules de contact et bus de données 16 et 32 ​​bits. DIMM: c'est le format actuellement utilisé pour les mémoires DDR dans les versions 1, 2, 3 et 4. Le bus de données est de 64 bits et peut avoir: 168 broches pour SDR RAM, 184 pour DDR, 240 pour DDR2 et DDR3 et 288 pour DDR4. SO-DIMM: ce sera le format DIMM spécifique pour les ordinateurs portables. FB-DIMM: format DIMM pour les serveurs.

Types de technologies RAM

En général, deux types de RAM existent ou ont existé. Le type asynchrone, qui n'a pas d'horloge à synchroniser avec le processeur. Et ceux du type synchrone qui sont capables de maintenir la synchronisation avec le processeur pour gagner en efficacité et en efficacité en accédant et en stockant des informations en eux. Voyons quels existent de chaque type.

Mémoires asynchrones ou DRAM

Les premières mémoires DRAM (Dinamic RAM) ou RAM dynamiques étaient de type asynchrone. Il est appelé DRAM en raison de sa caractéristique de stockage d'informations de manière aléatoire et dynamique. Sa structure de transistor et de condensateur signifie que pour qu'une donnée soit stockée à l'intérieur d'une cellule mémoire, il sera nécessaire d'alimenter périodiquement le condensateur.

Ces mémoires dynamiques étaient de type asynchrone, il n'y avait donc aucun élément capable de synchroniser la fréquence du processeur avec la fréquence de la mémoire elle-même. Cela a fait qu'il y avait moins d'efficacité dans la communication entre ces deux éléments. Certaines mémoires asynchrones sont 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 à recevoir en échange plusieurs de ces adresses consécutives. Cela permet une meilleure réponse et efficacité car vous n'avez pas besoin d'envoyer et de recevoir des adresses individuelles en continu. EDO-RAM (Extended Data Output RAM): Cette conception est l'amélioration de la précédente. En plus de pouvoir recevoir simultanément des adresses contiguës, la colonne d'adresses précédente est en cours de lecture, il n'est donc pas nécessaire d'attendre les adresses lorsqu'une est envoyée. BEDO-RAM (Burst Extended Data RAM): amélioration de l'EDO-RAM, cette mémoire a pu accéder à différents emplacements mémoire pour envoyer des rafales de données (Burt) à chaque cycle d'horloge au processeur. Cette mémoire n'a jamais été commercialisée.

Mémoires de type synchrone ou SDRAM

Contrairement aux précédents, cette RAM dynamique possède une horloge interne capable de la synchroniser avec le processeur. De cette façon, les temps d'accès et l'efficacité de la communication entre les deux éléments sont considérablement améliorés. Actuellement, tous nos ordinateurs disposent de ce type de mémoire. Examinons les différents types de mémoires synchrones.

Rambus DRAM (RDRAM)

Ces mémoires sont la refonte complète des DRAM asynchrones. Il a amélioré cela à la fois en bande passante et en fréquence de transmission. Ils étaient utilisés 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. Sont actuellement obsolètes

SDR SDRAM

Ils n'étaient que les prédécesseurs de la SDRAM DDR actuelle. Celles-ci ont été présentées dans des modules de type DIMM. Ceux-ci ont la possibilité de se connecter aux emplacements de la carte mère et se composent de 168 contacts. Ce type de mémoire prend en charge une taille maximale de 515 Mo. Ils ont été utilisés dans les processeurs AMD Athlon et Pentium 2 et 3

SDRAM DDR (SDRAM à double débit)

Ce sont les mémoires RAM actuellement utilisées dans nos ordinateurs, avec différentes mises à jour. Les mémoires DDR permettent le transfert d'informations via deux canaux différents simultanément dans le même cycle d'horloge (Double Data).

L'encapsulation se composait d'un module DIMM à 184 broches et d'une capacité maximale de 1 Go. Les mémoires DDR ont été utilisées par AMD Athlon et plus tard par Pentium 4. Sa fréquence d'horloge maximale était de 500 MHz

SDRAM DDR2

Grâce à cette évolution de la RAM DDR, les bits transférés à chaque cycle d'horloge ont été doublés à 4 (quatre transferts), deux en avant et deux en retour.

L'encapsulation est un type DIMM à 240 broches. Sa fréquence d'horloge maximale est de 1200 MHz. La latence (accès à l'information et temps de réponse) des puces de type DDR2 augmente par rapport au DDR, ce qui réduit à cet égard leurs performances. Les mémoires DDR2 ne sont pas compatibles lors de l'installation avec des DDR, car elles fonctionnent à une tension différente.

DDR3 SDRAM

Encore une autre évolution de la norme DDR. Dans ce cas, l'efficacité énergétique est améliorée en travaillant à une tension inférieure. L'encapsulation est toujours de type DIMM à 240 broches et la fréquence d'horloge monte jusqu'à 2666 MHz La capacité par module de mémoire est jusqu'à 16 Go.

Comme dans le saut technologique, ces DDR3 sont des mémoires avec une latence plus élevée que les précédentes, et ne sont pas compatibles en installation avec les versions précédentes.

SDRAM DDR4

Comme dans les cas précédents, il a une amélioration substantielle en termes de fréquence d'horloge, pouvant atteindre jusqu'à 4266 MHz. Comme dans le saut technologique, ces DDR4 sont des mémoires avec une latence plus élevée que les précédentes et incompatibles avec emplacements d'extension pour les anciennes technologies.

Les mémoires DDR4 montent des modules à 288 broches.

Nomenclature utilisée

Nous devons prêter une attention particulière à la nomenclature utilisée pour nommer les RAM de type DDR actuelles. De cette façon, nous pouvons identifier la mémoire que nous achetons et 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 Go DDR2-1066 PC2-8500: nous avons affaire à un module RAM de type 2 Go DDR2 qui fonctionne à une fréquence de 1066 MHz et avec un taux de transfert de 8500 Mo / s

Fonctionnement de la mémoire RAM

Pour savoir comment fonctionne une mémoire RAM, la première chose que nous devrons voir est de savoir comment elle communique physiquement avec le processeur. Si nous prenons en compte l'ordre hiérarchique de la mémoire RAM, celui-ci se situe exactement au niveau suivant du cache du processeur.

Le contrôleur RAM doit gérer trois types de signaux: 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 d'autres lignes de contrôle. Regardons chacun d'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 32 ou 64 bits. En fonction de la largeur de bits du processeur, si le processeur est 64, les données seront regroupées en blocs 64 bits.

Bus d'adresse

Cette ligne est chargée de transporter les adresses mémoire qui contiennent les données. Ce bus est indépendant du bus d'adresses système. La largeur du bus de cette ligne sera la largeur de la RAM et du processeur, actuellement 64 bits. Le bus d'adresse est physiquement connecté au processeur et à la RAM.

Bus de contrôle

Les signaux de contrôle tels que les signaux d'alimentation Vdd, les signaux de lecture (RD) ou d'écriture (RW), le signal d' horloge (horloge) et le signal de réinitialisation (réinitialisation) circuleront sur ce bus.

Fonctionnement double canal

La technologie double canal permet une augmentation des performances de l'équipement grâce au fait que l'accès simultané à deux modules de mémoire différents sera possible. Lorsque la configuration double canal est active, il sera possible d'accéder aux blocs d'une extension de 128 bits au lieu du 64 typique. Cela est particulièrement visible lorsque nous utilisons des cartes graphiques intégrées dans la carte mère car, dans ce cas, une partie de la RAM est partagée pour être utilisée avec cette carte graphique.

Pour mettre en œuvre cette technologie, un contrôleur de mémoire supplémentaire situé dans le chipset du pont nord de la carte mère sera nécessaire. Pour qu'un double canal soit efficace, les modules de mémoire doivent être du même type, avoir la même capacité et la même vitesse. Et il doit être installé dans les emplacements indiqués sur la carte mère (généralement les paires 1-3 et 2-4). Ne vous inquiétez pas car même si ce sont des souvenirs différents, ils pourront également travailler sur Dual Channel

Actuellement, nous pouvons également trouver cette technologie en utilisant le canal triple ou même quadruple avec les nouvelles mémoires DDR4.

Cycle d'instruction de la mémoire RAM

Le schéma de fonctionnement est représenté par deux mémoires à 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 un CPU avec deux contrôleurs de mémoire CM1 et CM2

Un bus de données 64 bits sera connecté à CM1 et un autre à CM2. Pour que le processeur 64 bits fonctionne avec deux blocs de données, il les répartira sur deux cycles d'horloge.

Le bus d'adresse contiendra l'adresse mémoire des données dont le processeur a besoin à un moment donné. Cette adresse proviendra des cellules du module 1 et du module 2.

Le CPU veut lire des données depuis l'emplacement mémoire 2

Le CPU souhaite lire les données depuis l'emplacement mémoire 2. Cette adresse correspond à deux cellules situées dans deux modules de mémoire RAM double canal.

Puisque nous voulons lire les données de la mémoire, le bus de contrôle activera le câble de lecture (RD) pour que la mémoire sache que la 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 préparera les données des deux modules pour les envoyer sur le bus de données. Nous disons quelques cycles plus tard car la latence de la RAM rend le processus non 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.

Chacun de ces blocs atteindra désormais les contrôleurs de mémoire CM1 et CM2, et en deux cycles d'horloge, le CPU les traitera.

Le cycle de lecture sera terminé. Pour effectuer l'action d'écriture, ce sera exactement la même chose, mais en activant le câble RW du bus de commande

Comment savoir si une RAM est bonne

Pour savoir si une RAM a une bonne ou une mauvaise performance, nous devrons en examiner certains aspects.

• Technologie de fabrication: l'essentiel sera de savoir quelle technologie implémente la mémoire RAM. De plus, ce doit être le même qui prend en charge la carte mère. Par exemple, s'il s'agit de DDR4 ou DDR3, etc. Taille: Un autre aspect principal est la capacité de stockage. Le plus sera le mieux, surtout si nous allons utiliser notre équipement pour les jeux ou les programmes très lourds, nous aurons besoin de RAM de grande capacité, 8, 16, 32 Go, etc. Capacité de la carte pour quel canal: Un autre aspect à considérer est de savoir si la carte autorise le double canal. Si c'est le cas, et par exemple, nous voulons installer 16 Go de RAM, la meilleure option est d'acheter deux modules de 8 Go chacun et de les installer en double canal, plutôt que d'installer simplement un 16 Go. Latence: la latence est le temps nécessaire à la mémoire pour effectuer le processus de recherche et d'écriture de données. Plus cette durée est basse, mieux c'est, même si elle devra également être mise en balance avec d'autres aspects tels que la capacité de transfert et la fréquence. Les mémoires DDR 4, par exemple, ont une latence élevée, mais sont contrebalancées par une haute fréquence et un transfert de données. Fréquence: c'est la vitesse à laquelle la mémoire fonctionne. Plus c'est mieux.

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Ceci termine notre article sur ce qu'est une RAM et comment elle fonctionne, nous espérons qu'elle vous a plu. Si vous avez des questions ou souhaitez clarifier quelque chose, laissez-le simplement dans les commentaires.