MÉMOIRES NUMÉRIQUES
Hiérarchie mémoire et système informatique réel
Au vu des critères de classification précédents, la mémoire numérique idéale possède une énorme capacité, un temps d'accès et de cycle quasi nul, une consommation énergétique réduite, et un coût très faible. Malheureusement, ces critères sont mutuellement incompatibles. Il n'existe pas encore de mémoire possédant simultanément toutes ces caractéristiques. Les mémoires de grande capacité sont lentes, celles qui sont rapides sont chères.
Les processeurs peuvent fonctionner aujourd'hui jusqu'à 4 GHz, tandis que la vitesse des mémoires plafonne à 800 MHz. Comme le temps d'accès à la mémoire conditionne les performances globales d'un système informatique, il est nécessaire de réduire autant qu'on peut le goulet d'étranglement que représentent les échanges entre le microprocesseur et la mémoire.
Système informatique et sa hiérarchie mémoire
Encyclopædia Universalis France
Pour trouver une solution à ce problème, les concepteurs de systèmes informatiques ont eu recours à la notion de hiérarchie mémoire (fig. 8). Par exemple, dans un système réel tel qu'un ordinateur de bureau, plusieurs mémoires de types différents sont mises en jeu. Elles sont hiérarchisées en 4 niveaux.
Ainsi, tout système informatique comprend généralement une carte mère sur laquelle vont venir se connecter tous les composants du système. Les mémoires de masse, représentées par le disque dur, le lecteur de cédérom, et la clé USB constituent la base de cette hiérarchie. Sur la carte mère se trouvent les circuits intégrés qui pilotent ces mémoires : ce sont les contrôleurs du disque dur, du cédérom et de la clé USB. On trouve aussi sur la carte mère une mémoire non volatile dite « mémoire CMOS » contenant les informations de configuration de l'ordinateur (setup). Ces dispositifs sont accessibles par le contrôleur général de périphériques via le « bus périphérique ». À côté de ce contrôleur et toujours sur la carte mère, se trouvent la mémoire principale ainsi qu'une mémoire non volatile contenant le logiciel de base (BIOS, basic input output system) pour la gestion des entrées/sorties du système. Le BIOS contient en fait le code binaire permettant au système de s'initialiser correctement. La mémoire principale, composée de barrettes mémoires enfichées sur la carte mère, est connectée sur le bus système ; elle est reliée à une mémoire cache L2, localisée également sur la carte mère. Le processeur est un circuit intégré indépendant enfiché sur la carte mère, qui contient des registres et une mémoire cache L1.
Les registres
Au sommet de la hiérarchie mémoire se trouvent les registres : ce sont des blocs de mémoire de taille très réduite (1 024 octets en moyenne) directement intégrés dans le processeur. Ils servent de variables intermédiaires pour les calculs et contiennent des données appelées à être utilisées immédiatement ou à très court terme. Les processeurs modernes, à jeu d'instructions réduit, fondent toute leur puissance sur le fait que chaque instruction de calcul (30 p. 100 des instructions d'un programme en moyenne) s'effectue en un cycle d'horloge et ne porte que sur les registres du processeur.
Pour des raisons de performance, les registres sont réalisés avec des points mémoires statiques, rapides mais volumineux en termes de surface occupée. Le temps d'accès aux registres est d'un cycle d'horloge. Ils fonctionnent donc à la même vitesse que le processeur.
Les mémoires caches
La mémoire cache, ou antémémoire, constitue un compromis efficace entre la vitesse du processeur et celle de la mémoire principale. En effet, le processeur fonctionne à des fréquences multiples du giga-hertz, alors que la mémoire principale ne fonctionne qu'à des fréquences beaucoup plus basses. La mémoire cache est un composant essentiel de la hiérarchie mémoire, puisqu'elle[...]
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Écrit par
- François PÊCHEUX : professeur, Sorbonne université
Classification
Médias
Microprocesseur : le Pentium. 4
Intel .
Mémoire numérique : fonctionnement
Encyclopædia Universalis France
Mémoires numériques : point mémoire statique
Encyclopædia Universalis France
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