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La Mémoire Centrale. IUP2 GMI/licence 3 Smaïl NIAR s mail.niar@univ-valenciennes.fr www.univ-valenciennes.fr/lamih/ROI/niar/univ/ens/licence/index/html. Adresse. 00 ff. Données lues. 4a 5b. Temps d'accès = 100 nsec. Introduction: Rôle De La MC. Caractéristique de l’ordinateur:

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
la m moire centrale

La Mémoire Centrale

IUP2 GMI/licence 3

Smaïl NIAR

smail.niar@univ-valenciennes.fr

www.univ-valenciennes.fr/lamih/ROI/niar/univ/ens/licence/index/html

introduction r le de la mc

Adresse

00 ff

Données lues

4a 5b

Temps d'accès = 100 nsec

Introduction: Rôle De La MC
  • Caractéristique de l’ordinateur:
    • 1 Vitesse exécution: Million d’instr par sec. MIPS, Millions d’opérations flottantes par sec. MFLOPS
    • 2 Capacité mémoire:bytes, MegaBytes (MB)
  • La MC influe directement sur 2 et indirec. Sur 1
  • Temps d ’accès mémoire long  Cycle + long

 Nombre d’instructions par sec - important.

UC

MC

Adresse

Données

introduction suite
Introduction …….suite

write

Mémoire

Vive

à lect/Ecri

read

UC

ou

micro

processeur

Mémoire

morte

Lect Seule

Bus d ’adresse

Bus de Données

E/S

souris, clavier, ..

organisations avec des bus
Organisations avec des Bus
  • Un bus : moyen de communication entre deux unités.
    • Le bus d ’adresse (un ensemble de bits , de fils) permet à l ’UC d ’envoyer l ’adresse à la mémoire.
    • Le bus de données permet à l ’UC
      • d ’envoyer la donnée à écrire vers la MC
      • à lire la donnée se trouvant en mémoire.
niveaux de m moire
Niveaux de mémoire
  • Il est intéressant d ’avoir des Mem de grandes tailles et temps accès réduits: Impossible
  • Solution Plusieurs niveaux de Mémoire

Registres Internes

Mémoire Cache Interne L0

Vitesse

Capacité

Mémoire Cache Externe L1

Mémoire centrale

Mémoire Secondaire

slide6

Registre

CPU

ou

microprocesseur

Mémoire cache

Externe

L1

10 nsec

Mémoire

cache Interne

L0

~ nsec

Unité de

contrôle

Mémoire centrale

100nsec

Disque

1msec

mode de fonctionnement d une cellule m moire
Mode de Fonctionnement d’une cellule mémoire
  • Une cellule mémoire : dispositif matériel pour stocker un bit.

Ordre = Lecture

Ordre = Ecriture

Sélection

Cellule

Cellule

Sélection

Donnée en

Sortie

Données

En Entreés

ECRITURE DANS UNE CELLULE

LECTURE D’UNE CELLULE

les m moires vives lecture ecriture ram
Les Mémoires Vives (à Lecture/Ecriture) RAM

Random Acces Memory, mémoires vives

  • Des mémoires contenant des programmes et des données
  • Information disponible tant que le courant est présent
  • 2 types de RAM: StaticRAM ET DynamicRAM

Statique Ram: Un bit = une bascule D

(4 ou 6 transistors)

Dynamique Ram : Un bit = une capacité (1 transistor)

le transistor el ment de base dans la construction des m moires

nmos

pmos

Le Transistor : Elément de base dans la construction des mémoires

Drain

Drain

Nmos

Nmos

Grille

Gate

Grille=0

Grille=1

Source

Source

MOS : Metal Oxide Semiconducteur

Sur N mos : Si Grille ==1, alors Drain et Source connectées

Sur Pmos : Si Grillle == 0 alos ………………………………………

un inverseur dans la technologie cmos
Un inverseur dans la technologie CMOS

VDD ‘1’

VDD ‘1’

VDD ‘1’

p

p

p

A=1

A=0

A

1

0

Y = A'

n

n

n

GND

Masse ‘0’

GND

Masse ‘0’

GND

Masse ‘0’

fabrication d une cellule m moire type dram et sram
Fabrication d’une cellule mémoire type DRAM et SRAM

Select

Select Line

VDD

Stockage de la

Charge

Q

Q/

Data

Bit Line -

Bit Line +

Une cellule mémoire

DRAM

Une cellule mémoire

SRAM 6T

organisation d une sram
Organisation d’une SRAM

Données à écrire

sélection

4 Bits (4 cellules)

A

d

r

e

s

s

e

4 Bits (4 cellules)

Décodeur 2 vers 4

4 Bits (4 cellules)

2 bits

4 Bits (4 cellules)

Données

Lues

slide15

cellule mémoire SRAM

Bit à écrire

D

Q

Clk

Autorisation d ’écrire

write

et

et

Mot sélectionné

S

D

write

D2

D3

D0

D1

cellule

cellule

cellule

cellule

Sélection mot

Un mot dans une mémoire SRAM

SRAM
ram statique
RAM STATIQUE

d3

écrireMem

d1

d2

d0

CS

D

Q

A

d

r

e

s

s

e

H

s0

s1

Décodeur 2 vers 4

s2

2 bits

s3

ou

cs

et

Read

q3

Sortie Données

q0

slide17

s

e

s

e

0

e

s

e

s

1

Circuit mem

de 4 mots

Mot 12-15

Mot 8-11

Mot 4-7

Mot 0- 3

Bus données

a2

cs0

cs1

cs2

a3

cs3

slide18

un CI Ram

de 4 mots de 4 bits

NB: Les signaux cs et wr

sont actifs à 0

(niveau bas)

Addition de CI horizontale pour augmenter le nombre de bits d ’un mot

Une mémoire de 4 mots de 8 bits chacun

les ram statiques sram

L1

MC

Adresse

Non trouvée

Non trouvée

UC

L0

LES RAM STATIQUES (SRAM)
  • Ram rapides mais de moindres capacités/ Dram
  • Utilisées dans les caches
  • Capacités  500 KO
  • Temps d ’accès  1 nsec
les ram dynamique dram
LES RAM DYNAMIQUE (DRAM)
  • Info stockée dans un condensateur sous forme de charge électrique
  • Plus grande intégration mais nécessite des opérations de rafraîchissement.
  • Rafraîchissement= lire le bit et le réécrire env toutes les 10nsec

Avec rafraîchissement

Tension en volts

5

‘ 1 ’

3

Sans rafraîchissement

2

‘ 0 ’

0

temps

structure d une dram
Structure D’une Dram

CAS : verrouillage @ colonne

RAS : verrouillage @ ligne

Din

RAS

DRAM

4Mbits

(2048x2048)

Circuit de rafraîchissement

Adresse

ligne

11bits

1

0

décodeur

adresse

A10-A0

Passe à 1

tous les 10 nsec

1 ligne de 2048 bits

2048 Bascules

Adresse

colonne

11bits

A21-A11

CAS

Multipx 1/2048

Avantage : rafraîchissement plus rapide

Le rafraîchissement est prioritaire par

rapport aux accès, mode Asynchrone

Dout

1 bit

fonctionnement d une dram
Fonctionnement d ’une Dram

Adresse

Adresses ligne

Adresses colonne

RAS

CAS

Donnée

access time

RAS : Row adress selection (sélection ligne) CAS: Column adress selection (sélection colonne)

lecture plus rapide

car on lit

plusieurs bits dans

la même

ligne

simm dimm etc
SIMM, DIMM, etc…
  • SIMM et DIMM : ce n ’est pas une référence de type de type de RAM, mais à un type de package.
  • SIMM, le plus ancien des deux : connexion sur 32 bits.
  • Pentium à été conçu avec un chemin plus large les SIMM doivent être utilisés par paires
  • DIMMs offre une connexion sur 64-bit, plus intéressant pour les processeurs récents (pentium, Alpha 21386, UltraSparc II, …etc)
dram synchrone sdram
DRAM SYNCHRONESDRAM
  • Utilise l’horloge de la CPU.
  • La CPU sait à quel instant la donnée sera dispo.
  • Pendant l'accès en Dram, la CPU peut faire autre chose.
  • La mémoire est divisée en Modules indépendants pouvant travailler en même temps  augmenter le débits entre CPU et MC
  • Utilisation du mode rafale « Burst »: Génération automatique de bloc de données (localité des références)
  • 4 fois plus rapide qu’une Dram Asynchrone
  • Vitesse max = 100mhz
  • Temps de cycle (temps min entre 2 accès)=10nsec
mode burst rafale
Mode BURST (Rafale)

Horloge

Demande

Sortie

Latence

2-1-1-1

Une demande provoque N réponses après K cycles de latence(Dans les circuits haut de gamme k et N sont programmables)

Les données peuvent être successives (0/1/2/3) ou non (1/0/3/2 chez intel)

La notation k-x-y-z signifie que le premier mot est disponible

après k cycles puis x,y et z cycles pour le suivants

d autres types de dram
D’autres types de Dram
  • SDRAM : Synchronous DRAM . bus de communication à 66, 100 et 133 Mhz.
  • SGRAM : Synchronous GRAM spécifique aux cartes graphiques. Permettre deux accès simultanément
  • DDR-SDRAM : Double Data Rate SDRAM. Basée sur SDRAM, possibilité de doubler le taux de transfert tout en conservant la même fréquence de fonctionnement qu´une SDRAM (les données sont transmises vers le processeur sur les deux fronts d’horloge).
sdram et ddr sdram
SDRAM et DDR-SDRAM

SDRAM

DDR-SDRAM

suite
Suite….
  • FCRAM : Fast Cycle RAM (mémoire à cycle rapide). Pour prochaines cartes graphiques Matrox. (Toshiba et Fujitsu) disposent d´un temps de latence réduit.
  • DRDRAM : Direct Rambus DRAM : Développée RamBus+Intel, Principale concurrent des SDRAM

Désavantage : son prix (technologie propriétaire). Les constructeurs de mémoires doivent payer des royalties aux sociétés RAMBUS et Intel pour la fabriquer. (voire références)

les m moires lecture seulement read only m mory
Les Mémoires à Lecture Seulement Read Only Mémory
  • Les données ne peuvent être que lues
  • L’écriture se fait soit lors de la fabrication ou nécessite un matériel spécialisé.
  • La donnée est retenue même en absence du courant (donnée non volatile)
applications
Applications
  • Le BIOS : piloter les interfaces d'entrée-sortie principales du système, BIOS ROM
  • Le chargeur d'amorce: programme permettant de charger le système d'exploitation en mémoire (vive) et de le lancer.
  • Le Setup CMOS, c'est l'écran disponible à l'allumage de l'ordinateur permettant de modifier les paramètres du système (souvent appelé BIOS)
  • Le Power-On Self Test (POST), programme exécuté automatiquement à l'amorçage du système, permettant de faire un test du système (c'est pour cela par exemple que vous voyez le système "compter" la RAM au démarrage).

les ROM plus lentes que les mémoires de types RAM (une ROM temps d'accès 150 ns, SDRAM temps d'accès 10 ns),

Solution : les instructions contenues dans la ROM sont parfois copiées en RAM au démarrage, on parle alors de shadowing (en français mémoire fantôme).

prom programmable rom
PROM: Programmable ROM
  • ROM programmable par l'utilisateur une seule fois:

1 point mémoire = fusible

  • EPROM: PROM effaçable plusieurs fois Effacement = soumettre l ’Eprom à un rayonnement ultraviolet (UVPROM) ou un courant électrique EEPROM env 15 min
  • L’écriture nécessite env un temps 1000 + grand que dans une Ram
  • utilisées dans les phases de mise au point d ’application
slide37

Bit

Word

ROM

Fusible - métallique (obsolète)

- polysilicium

Le transistor fait fusible

les m moires flash
Les Mémoires FLASH
  • Mémoires Non volatiles, réécriture possible (100 000), capacité 100 Mbytes.
  • Même structure qu ’une Ram équipé d ’une alim. de faible consommation
  • Contrairement au Ram, effacement par bloc de donnée et non par octet
  • Grande tolérance au chocs, extrêmes températures, envi avec beaucoup de perturbation
  • On les trouve : appareils photos numériques, les téléphones cellulaires GSM, les imprimantes, les assistants personnels (PDA), les ordinateurs portables, les baladeurs mp3.
les m moires flash1
Les Mémoires FLASH

Il existe un grand nombre de formats de cartes mémoires FLASH non compatibles entre-eux.

  • Les cartes Compact Flash
  • Les cartes Secure Digital (appelées SD Card)
  • Les cartes Memory Stick
  • Les cartes SmartMedia
  • Les cartes MMC (MultimediaCard)
  • Les cartes xD picture card
r f rences biblio
Références Biblio
  • http://www.hardware.fr/
  • http://www.commentcamarche.net/pc/memoire.php3
  • Organisation et architecture des ordinateurs, W.Stallings, Prentice Hall 2003, existe à la BU.
  • www.dewassoc.com/performance/memory/memory_trends_2001.htm
  • http://www.arstechnica.com/paedia/r/ram_guide/ram_guide.part1-5.html