Mémoire informatique - Définition

Depuis les débuts de l'électricité les phénomènes électriques étant généralement très rapides à l'échelle humaine, les ingénieurs ont cherché à conserver certaines informations pendant un temps suffisant afin de les analyser.

Une multitude de systèmes ont vu le jour: Le plus courant, le condensateur se comporte comme un accumulateur d'énergie, il est capable de conserver pendant un temps certain une quantité d'énergie électrique. Une mémoire est un système électrotechnique destiné à conserver pendant un certain temps un signal.

L'électronique numérique et l'informatique ont décuplé les besoins de mémorisation des signaux.

En informatique, la mémoire est la structure indispensable au fonctionnement d'un système informatique, au même titre que le processeur. Cette structure fait appel aux technologies permettant de conserver fidèlement des données sous forme numérique.

Fonction de la mémoire

En électronique numérique, qui est la base de l'informatique, on cherche à mémoriser une information la plus simple possible, généralement cela se limite au système binaire, qui se contente de la présence ou non d'information.

Différentes technologies

Condensateur

Les condensateurs ont comme première propriété de stocker l'énergie électrique. Ils ont été très tôt utilisés comme mémoire, mais leur faibles performances les ont cantonnés longtemps à des rôles subalternes de filtrage.

Une carte mémoire RAM de 4 Mo pour ordinateur VAX 8600 (circa 1986).

Depuis les progrès de la micro électronique, c'est la capacité de microscopiques condensateurs organisés en trames, agencés et gérés au sein de puces électroniques qui sert de mémoire numérique rapide pour les ordinateur modernes. Ces circuits intégrés spécialisés se nomment mémoire dynamique ou DRAM. Le gros défaut est dû à la taille des condensateurs : ils sont tellement minuscules que l'information ne peut être conservée intacte que quelques fractions de seconde. Il faut donc en permanence rafraîchir les informations, ce qui nécessite des circuits annexes

Une nouvelle génération^[1]. de de mémoire RAM pourrait combiner les avantages de la DRAM actuelle (densité d’intégration) et de la SRAM (non-volatilité) et améliorer radicalement les performances de ces deux technologies. Améliorer la performance des mémoires électroniques (i.e. mémoire à semi-conducteurs), c’est réduire le nombre d’électrons nécessaires au stockage d’un bit d’information. Le but ultime est donc la mémoire mono-électronique qui n'utiliserait qu'un électron (ou quelques électrons) à la place de près d'un demi-million nécessaires aujourd'hui au stockage d'un bit élémentaire d'information.

Électromécanique

Les systèmes électromécaniques à base de relais ont été parmi les premiers systèmes fiables destinés à mémoriser des informations.

Depuis, de multiple systèmes électromécaniques sont capables d'enregistrer sous forme magnétique ou optique des données en grande quantité : Disque dur, Disquette, DAT, CD ROM, DVD.

Tore magnétique

La technique du tore magnétique utilisait la capacité d'un bobinage sur tore de ferrite à conserver une information électrique binaire. Associé à une gestion électronique, les ordinateurs avaient accès à un système mémoire performant, quoique que quelque peu encombrant par rapport à celui de la mémoire dynamique. Il présente par contre un énorme avantage, depuis quelque décennies, grâce à la diminution de la consommation ; ce type de circuit peut conserver ces informations pendant plusieurs années grâce à l'incorporation dans le circuit intégré de pile électrique fournissant un énergie de sauvegarde.

Fonctionnement des mémoires

Différentes fonctions de la mémoire

Les mémoires peuvent se diviser en plusieurs familles suivant leurs fonctions :

• La mémoire-registre est intégrée au processeur. Ce type de mémoire est très rapide mais aussi très cher et est donc réservée à une très faible quantité de données.
• La mémoire vive permet au processeur et aux contrôleurs annexes de stocker de façon temporaire les données indispensables à leur fonctionnement mais néanmoins d'une façon moins dépendante du microprocesseur.
• La mémoire morte fournit à ces mêmes composants informatiques les données invariables (programmes et données) nécessaires à leur démarrage et, par la suite, à leur fonctionnement, en les stockant de manière inaltérable.
• La mémoire de masse constitue le moyen d'archiver les données avant et après leur traitement informatique ; ce type de mémoire est généralement le plus lent des trois mais il offre le meilleur rapport coût / quantité de stockage de données.

Une mémoire est dites rémanente quant l'extinction temporaire du système n'en détruit pas le contenu. Cette mémoire n'est pas toujours géré comme un système de fichier et est parfois intégrée dans le même espace logique que la mémoire vive, comme dans le cas des téléphones portables mais aussi dans "un certains systèmes d'exploitations très précis dont l'étude a fait l'objet d'un examen complet du Selor (organisme de recrutement fédéral belge) et qui fut LE PREMIER à proposer un adressage virtuel et dans lequel les disques durs apparaissaient comme de la mémoire vive".

Les écoles d'informatiques insistent d'avantages sur la notion de bus d'adresse et de bus de données (notion d'adressage mémoire) qui ne s'applique pas de la même façon aux mémoires de masse.

La mémoire et les systèmes d'exploitation

Les mémoires peuvent être vue comme une continuité de la plus rapide et la plus chère à la mémoire la moins rapide et la moins chère^[2].

• Registres du processeur,
• Mémoire cache,
• Mémoire usage général,
• Mémoire de stockage.

Hiérarchie de mémoire

L'accès mémoire, l'efficacité du cache et les transferts entre les différents niveaux de la hiérarchie de la mémoire deviennent une limite importante de la rapidité de la machine. Le processeur peut se retrouver à attendre que les transferts de mémoire s'accomplissent.

Les différentes mémoires se distinguent principalement par :

• Le temps d'accès (ou le temps mis par le système pour accéder ou pour écrire les données)
• Le prix ;
• La capacité à être modifié (écriture et réécriture) ;
• L'encombrement ;
• La consommation électrique ;
• Le temps de conservation de données.

Caractéristiques des mémoires informatiques :

• Adresse : valeur numérique désignant un élément physique de mémoire.
• Capacité ou taille de la mémoire : quantité d’informations qu’elle peut contenir. On peut l’exprimer en fonction de nombre de bits, d'octets (ou bytes), ou de mots,
• Temps d’accès : temps qui s’écoule entre une demande de lecture ou d’écriture et son accomplissement.
• Cycle mémoire : temps minimum entre deux accès consécutifs plus long que le temps d’accès, car le bon fonctionnement de la mémoire nécessite quelques opérations de maintien, de stabilisation de signaux….
• Débit : nombre d’octets ou bits pouvant être lus ou écrits par secondes (exemple 12 Mo/s).
• Volatilité : perte ou non du contenu, une mémoire volatile perd son contenu lorsqu’on coupe le courant. (RAM : volatile, si l’on coupe le courant tout est aussitôt perdu ; bande magnétique : perte après 5 ans).