Principes de Fonctionnement
des Ordinateurs
- Mémoires -

Frédéric Boulanger
frederic.boulanger@centralesupelec.fr

Mémoires

Mémoires

• dans le processeur : bascules, registres ($< 1 \textsf{ns}$)
• dans ou hors du processeur : mémoire statique ($\approx 10\textsf{ns}$)
• hors du processeur : mémoire dynamique ($\approx 100 \textsf{ns}$)
• hors du processeur : mémoire flash ($\approx 10 \mu\textsf{s} / 50\textsf{ns}$)
• hors du processeur : disque magnétique ($\approx 10 \textsf{ms}$)
• hors du processeur : disque optique ($\approx 150 \textsf{ms}$)

Mémoires

Non volatile

• ROM (Read Only Memory), mémoire morte
  contenu figé à la conception
• PROM (Programmable ROM)
  contenu programmable une seule fois (fusibles)
• EPROM (Erasable PROM)
  contenu programmable et effaçable (par UV)
• EEPROM (Electrically Erasable PROM)
  contenu programmable et effaçable électriquement
• Mémoire flash (Electrically Erasable PROM)
  effaçable électriquement par page (grille flottante)

Mémoires

Volatile

• SRAM (Static Random Access Memory)
  contenu stable (bascules RS, 6 transistors), rapide
• DRAM (Dynamic RAM)
  contenu évanescent (capacité), lecture destructrice
• SDRAM (Synchronous DRAM)
  Mémoire dynamique fonctionnant de manière synchrone
• DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)
  SDRAM permettant deux accès par cycle d'horloge (un par front)

Mémoires

Structure d'un boîtier

• une partie de l'adresse sélectionne une ligne, l'autre une colonne
• pour la mémoire dynamique, on rafraîchit colonne par colonne

Mémoires

Modules

• SIMM (Single Inline Memory Module)
• DIMM (Dual Inline Memory Module)

Mémoires

Mémoire centrale

• mémoire située près du processeur
• RAM, mémoire flash
• de quelques Mo à quelques Go

Mémoire de masse

• stockage de longue durée
• disques durs magnétiques, SSD
• plusieurs centaines de Go à quelques To

Archivage

• stockage de très longue durée
• bandes magnétiques
• centaines de To
• lent, accès séquentiel, faible coût

Hiérarchies de mémoires

Le problème

• rapide $\Rightarrow$ cher + faible capacité (SRAM)
• grande capacité $\Rightarrow$ lent (DRAM, disque)

Solution

• combiner une petite mémoire rapide…
• … avec une grande mémoire lente
• et faire en sorte que les données voulues
  soient souvent dans la mémoire rapide !

Hiérarchies de mémoires

Principes

Localité temporelle

• boucles
• usage répété de variables

Localité spatiale

• séquentialité du code, boucles
• tableaux, codage contigu de l'information

Hiérarchies de mémoires

Application

Localité temporelle

• on conserve dans une mémoire rapide
  les données que l'on consulte
• quand la mémoire rapide est pleine,
  on élimine les données les plus anciennes

Localité spatiale

• on charge dans la mémoire rapide les données
  voisines de celle que l'on consulte

Hiérarchies de mémoires

Cache

• petite mémoire statique, grande mémoire dynamique
  
  
• caches L1 séparés pour les instructions et les données

Cache de disque

• mémoire dynamique, disque dur :
  but = accélerer les accès au disque

Mémoire virtuelle

• mémoire dynamique, disque dur :
  but = augmenter la capacité mémoire

Suite…