Mémoire vive

La mémoire vive, ou RAM (acronyme de l'anglais random-access memory, « mémoire à accès aléatoire », apparu en 1965), est la mémoire informatique dans laquelle peuvent être enregistrées, généralement de façon volatile, les informations traitées par un appareil informatique.

Mémoire vive

Deux barrettes de mémoire DDR de 512 Mio chacune

Caractéristiques

Se connecte via	Support DIMM Support SIMM
Classement des utilisations	Ordinateur fixe Ordinateur portable
Fabricants courants	Corsair Memory Kingston OCZ Technology G.Skill Samsung Micron Technology Gigabyte

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La locution mémoire vive est le pendant de mémoire morte (ou ROM, acronyme de l'anglais read only memory, « mémoire en lecture seule », du temps où elle ne pouvait être réécrite).

Caractéristiques générales

Les caractéristiques actuelles de cette mémoire sont :

• sa fabrication à base de circuits intégrés ;
• l'accès direct à l'information^[a] par opposition à un accès séquentiel ;
• sa rapidité d'accès, essentielle pour fournir rapidement les données au processeur ;
• sa volatilité, qui entraîne une perte de toutes les données en mémoire dès qu'elle cesse d'être alimentée en électricité.

Histoire

Puces mémoire AMD AM9016DPC, sur le premier PC d'IBM. Chaque puce compte 16 kilobits, soit 2 kilooctets. Quatre puces sont également présentes pour un éventuel contrôle de parité. La mémoire est cadencée à 250 ns (1981).

En 1957, Frosch et Derick créent les premiers transistors à Bell Labs, utilisant du dioxyde de silicone. Ce type de transistors est le premier pour lequel la source et le drain sont adjacents, à la surface^[1]. En 1960, dans le même laboratoire, une équipe développe par la suite un MOSFET fonctionnel ^[2],[3]. Cela conduit au développement de la mémoire MOS (metal-oxide-semiconductor) par John Schmidt à Fairchild Semiconductor en 1964^[4],[5]. Le développement des circuit intégrés MOS (MOS IC) utilisant une grille en silicium, par Federico Faggin à Fairchild en 1968, permet enfin la production de puces mémoire^[6]. La mémoire MOS devient la technologie dominante au début des années 1970, remplaçant la mémoire magnétique, par sa rapidité, son moindre coût et sa plus faible consommation électrique^[4].

La mémoire vive statique (static random-access memory ou SRAM) est inventée par Robert H. Norman à Fairchild Semiconductor en 1963^[7]. S'ensuit le développement de la SRAM MOS par John Schmidt à Fairchild en 1964^[4]. La SRAM devient alors une alternative aux mémoires magnétiques, mais demande six transistors pour chaque bit de donnée^[8]. L'utilisation commerciale de la SRAM commence en 1965, lorsque IBM introduit la puce mémoire SP95 pour son modèle 360^[9].

La mémoire vive dynamique (dynamic random-access memory ou DRAM) permet de remplacer un circuit à bascule utilisant quatre ou six transistors par un seul transistor pour chaque bit de mémoire, augmentant ainsi grandement la densité de mémoire, en contrepartie de sa volatilité. En effet, les données sont contenues par la faible capacité de chaque transistor, et doivent être rafraîchies toutes les quelques millisecondes pour ne pas disparaître.

La calculatrice électronique Toscal BC-1411 de Toshiba, introduite en 1965^[10], utilise une forme de DRAM bipolaire avec condensateurs, enregistrant 180 bits de donnée dans des cellules mémoire, consistant en des transistors et condensateurs bipolaires en germanium^[11],[12]. Si sa vitesse est plus élevée que celle de la mémoire magnétique, la DRAM bipolaire reste plus chère que la mémoire magnétique^[13]. Les condensateurs ont été précédemment utilisés pour des schémas de mémoires, tels que les tubes de l'Atanasoff–Berry Computer, le tube de Williams ou le tube Selectron.

Puce DRAM CMOS de 1 Mbit, une des dernières développées par VEB Carl Zeiss Jena, en 1989.

En 1966, Robert Dennard, en examinant les caractéristiques de la technologie MOS, conçoit de l'utiliser pour former des condensateurs, pour lesquels la présence ou l'absence de charge représente les états 1 et 0 d'un bit, et mène au développement de la cellule mémoire moderne de la DRAM, à transistor unique^[8]. En 1967, il documente pour IBM un brevet d'une cellule mémoire DRAM à un seul transistor, reposant sur la technologie MOS^[14]. La première puce commerciale DRAM sous forme de circuit intégré est l'Intel 1103 en 1970, produite selon un procédé 10 μm, et une mémoire de 1 kbit^[4].

Les premières DRAM sont souvent synchronisées avec l'horloge CPU et sont utilisées avec les premiers microprocesseurs. Au milieu des années 1970, le fonctionnement des DRAM devient asynchrone, mais redevient synchrone dans les années 1990^[15],[16]. En 1992, Samsung produit la KM48SL2000, d'une mémoire de 16 Mbit^[17],[18].

La première puce mémoire DDR SDRAM (double data rate synchronuous DRAM) commerciale est la puce SDRAM DDR de Samsung, de 64 Mbit, fabriquée en juin 1998^[19]. La DDR graphique (GDDR), une forme de RAM graphique synchrone (SGRAM), est proposée par le même constructeur en puce mémoire de 16 Mbit, en 1998^[20].

Désignations

Il y a deux types principaux de mémoire vive. La mémoire vive dynamique (DRAM) doit être réactualisée périodiquement pour éviter la perte d'information, même sous alimentation électrique normale. La mémoire vive statique (SRAM) n'a pas besoin d'un tel processus sous alimentation électrique normale.

Cellule DRAM (1 transistor et un condensateur).

Cellule SRAM (6 transistors)

Technique

Une carte mémoire RAM de 4 Mio pour ordinateur VAX 8600 (c. 1986).

circuit intégré
DIP

barrette
SIP

SIMM
30 broches

SIMM
72 broches

DIMM

RIMM

Différentes présentations de mémoire vive, de haut en bas :

• circuit intégré DIP
• barrette SIP
• barrette SIMM 30 broches
• barrette SIMM 72 broches
• barrette DIMM
• barrette RIMM

La mémoire informatique est un composant d'abord réalisé par des tores magnétiques, puis par l'électronique dans les années 1970^[21], qui permet de stocker et relire rapidement des informations binaires. Son rôle est notamment de stocker les données qui vont être traitées par l'unité centrale de traitement (UCT), soit un microprocesseur dans la plupart des appareils modernes.

On peut accéder à la mémoire vive alternativement en lecture ou en écriture.

Il existe également des mémoires associatives, largement utilisées dans les techniques de mémoire virtuelle pour éviter des recherches séquentielles de pages et accélérer ainsi les accès.

Organisation

Les informations peuvent être organisées en mots de 8, 16, 32 ou 64 bits.

Certaines machines anciennes avaient des mots de taille plus exotique. Par exemple,

• 60 bits pour le Control Data 6600 ;
• 36 bits pour l'IBM 7030 « Stretch » ou le DEC PDP-10 ;
• 12 bits pour la plupart des premiers mini-ordinateurs de DEC, les appareils d'instrumentation travaillant au mieux sur 12 bits à l'époque.

Détection et correction d'erreurs

Afin d'assurer la fiabilité de l'information enregistrée en mémoire, on ajoute des bits supplémentaires à chaque mot de mémoire. Par exemple,

• Dans les mémoires à parité, il y a un bit supplémentaire (dit de contrôle de parité), transparent à l'utilisateur (traitement matériel) ;
• Dans les mémoires à correction automatique d'erreur sur 1 bit et détection sur plus d'un bit (ECC), ces bits invisibles sont parfois au nombre de six ou plus ;
• Chaque mot des mémoires des serveurs modernes dits non-stop ou 24×365 dispose, en plus des bits de correction, de bits de remplacement qui prennent la relève des bits défaillants à mesure du vieillissement de la mémoire (une défaillance de 10^-11 chaque année se traduit par 10,0 bits défaillants par an sur une mémoire de 128 Gio).

Les fabricants recommandent d'utiliser de barrettes de mémoire avec l'ECC pour celles ayant une capacité d'1 Gio ou plus, en particulier celles utilisées dans les serveurs, permettant de détecter les erreurs et de les corriger à la volée. Dans la pratique, les ordinateurs personnels les utilisent très rarement.

Temps d'accès

Le temps d'accès à un mot de la mémoire vive est de quelques dizaines ou centaines de nanosecondes tandis que celui d'une mémoire à disque dur est de quelques millisecondes (c'est-à-dire dix mille à cent mille fois plus lent) et celui d'une mémoire à semi-conducteur est intermédiaire. En revanche, il n'est possible avec ces derniers, de lire et écrire que par blocs de mots.

Adressage de la mémoire

Un circuit intégré de mémoire ne comporte que le nombre de bits d'adressage mémoire nécessaire pour accéder aux mots de mémoire qu'il contient. L'unité centrale de traitement comporte beaucoup plus de bits d'adresse mémoire qu'un simple circuit intégré de mémoire afin d'adresser davantage de mémoire. Ces bits supplémentaires sont décodés par un circuit spécialisé, nommé décodeur d'adresse ou sélecteur, pour sélectionner le circuit intégré de mémoire approprié grâce à une broche de celui-ci nommé chip select.

Il est très facile de munir un microprocesseur d'une mémoire non contigüe (par exemple de 0 à 4 095, puis un trou, puis de la mémoire entre 16 384 et 32 767), ce qui facilite beaucoup la détection d'erreurs d'adressage éventuelles^{[réf. nécessaire]}.

Divers types de mémoire vive

Mémoire vive statique

Une mémoire vive statique est une mémoire vive qui n'a pas besoin de rafraîchissement.

Static Random Access Memory (SRAM)

Cette mémoire utilise le principe des bascules électroniques pour enregistrer l'information. Elle est très rapide, mais est cependant chère et volumineuse. Elle consomme moins d'électricité que la mémoire dynamique. Elle est utilisée pour les caches mémoire, par exemple les caches mémoire L1, L2 et L3 des microprocesseurs.

Dual Ported Random Access Memory (DPRAM)

Cette mémoire est une variante de la Static Random Access Memory (SRAM) où on utilise un port double qui permet des accès multiples quasi simultanés, en entrée et en sortie.

Magnetic Random Access Memory (MRAM)

Cette mémoire utilise la charge magnétique de l'électron pour enregistrer l'information. Elle possède un débit de l'ordre du gigabit par seconde, un temps d'accès comparable à de la mémoire DRAM (~10 ns) et elle est non-volatile. Étudiée par tous les grands acteurs de l'électronique, elle a commencé à être commercialisée en 2006, mais reste en 2020 confinée à un marché de niche.

Phase-Change Random Access Memory (PRAM)

Cette mémoire utilise le changement de phase du verre pour enregistrer l'information. Elle est non-volatile. Elle a commencé à être commercialisée en 2012.

Mémoire vive dynamique

Une mémoire vive dynamique est une mémoire vive qui a besoin de rafraîchissement.

La simplicité structurelle d'une mémoire vive dynamique (DRAM) (un condensateur et un transistor pour un bit) permet d'obtenir une mémoire dense à faible coût. Son inconvénient réside dans les courants de fuite des condensateurs : l'information disparaît à moins que la charge des condensateurs ne soit rafraîchie avec une période de quelques millisecondes, d'où le terme de dynamique. A contrario, les mémoires vives statiques (SRAM) n'ont pas besoin de rafraîchissement, mais utilisent plus d'espace et sont plus coûteuses.

Fabricants de mémoire

• A-DATA
• Corsair Components
• Crucial
• Dane-Elec
• G. Skill
• Infineon
• Kingston
• OCZ Technologies
• PNY Technologies
• RAMBUS
• Thermaltake
• Transcend

Puces mémoire

• Cypress
• Elpida
• Hynix
• Integrated Device Technology
• Qimonda^[b]
• Micron
• Nanya
• Powerchip Semiconductor Corporation (PSC)
• Samsung
• Winbond
• Take MS

Barrettes de mémoire

• A-Data
• Avexir
• Buffalo
• Corsair
• Crucial
• DaneElec
• G.Skill
• Geil
• Kingston
• OCZ
• Patriot
• PNY Technologies
• Proflash Technologies
• ProMos
• Samsung
• Shikatronics
• TEAM group
• Transcend
• Twinmos
• HyperX