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9. Mémoires ram pour ordinateurs bureautiques et PC portables

1. Simm 30c - 2. Simm 72c, FPM, EDO et BEDO - 3. Dimm SDRam - 4. Direct Rambus ou DRDRam - 5. DDR SDRam - 6. DDR-II - 7. DDR3 - 8. Précautions - 9. DDR4 -10 Récapitulatif - 11. Mémoires pour ordinateur portable - 12. Correction d'erreur

En analysant le fonctionnement des montages électroniques basées sur des microprocesseurs, nous savons que deux types de RAM sont utilisées: les mémoires ROM (non modifiables, utilisées par le BIOS par exemple) et les mémoires RAM qui permettent la lecture et l'écriture. C'est dans cette zone que les programmes et données doivent être enregistrées pour permettre au processeur de les utiliser. Avec les évolutions de la technologie, ces barrettes de RAM ont aussi évoluées en fréquences et en fonctionnement interne suivant celles de la vitesse externe des processeurs (FSB) et les chipsets associés. Historiquement, la mémoire des PC est découpée en 3 parties (les deux premières découlent de la structure interne du 8088 qui n'accepte que 1 MO de mémoire adressable: ROM et RAM).

Quand IBM a dessiné les caractéristiques du premier XT, il a délimité deux plages d'adresses. La première reprend celle entre $0000 et $9FFFF (hexadécimal) et est utilisée par les données et logiciels en mémoire. Avant le DOS 5.0, c'était la seule accessible. Dans commandes spécifiques du fichier de configuration config.sys permettent depuis au système d'exploitation d'utiliser des plages laissées libres dans la plage réservée ($A000 à $FFFF) et par la commande  emm386.exe, la mémoire supérieure à 1 MB dans les limites de capacités maximum de l'époque. Deux gestionnaires (paramètres) étaient utilisés: Ram pour les jeux avec le gestionnaire EMS ou NOEMS pour la gestion en XMS utilisée par Windows 3.0 et 3.1. Le DOS est repris dans une formation spécifique.

Les versions suivantes de DOS et Win95 reprennent la même configuration. Depuis Win98, la gestion de la mémoire supérieure est automatiquement gérée par le système d'exploitation.

1. Simm (Single In-line Memory Module) 30c

Pour les premiers XT, les mémoires utilisées sont des composants de 16 Ko avec un décodage d'adresse. La version suivante basée sur le 286 (version AT) remplaçait ce système par des barrettes de 512 Ko ou 1 MO qui couvraient l'entièreté de la plage mais aussi permettait via un bus d'adresse plus large (sur 16 bits) d'utiliser la mémoire supplémentaire. La fréquence maximum est de 33 Mhz. Quelques modèles intégraient un bit de parité, soit une largeur de 9 bits pour 8 en standard.

Les PC à base de 286 utilisent deux barrettes de RAM (ce qu'on appelle un banc) simm 30 contacts (largeur de 8 bits) avec 4 emplacements disponibles sur la carte mère. LA taille maximum adressable est de 16 MB.

Les PC à base de 386DX et 486 (largeur du bus de donnée externe de 32 bits) utilisent obligatoirement 4 barrettes (ou 8). Les ordinateurs utilisant le 386SX (bus de donnée de 16 bits) n'en utilisent que 2 (ou 4) comme le 286, avec 4 emplacements disponible sur la carte mère.

2. Barrettes 72 contacts, EDO, FPM et BEDO

Les premiers 486, avec une largeur de 32 bits, utilisent des Simm 30 contacts (par 4). Pour les versions suivantes, la technologie mémoire est remplacée par des Simm 72 contacts (32 bits): une seule barrette permet de faire fonctionner l'ordinateur. Sur la carte mère, le nombre d'emplacements disponibles est de 2 (parfois 3). La fréquence maximum de ces mémoires est de 66 Mhz, les capacités possibles sont de 1, 4 et 16 MO.

Les Simm FPM (Fast Mode Page) sont identiques, utilisables sur des cartes mères spécifiques, sauf que la gestion des temps de latence est meilleure. Elles augmentent la bande passante à 147 MO/s maximum. Par comparaison, celle d'un bus PCI est de 133 MO/s.

Avec une largeur du bus de données de 64 bits (le processeur reste en 32 bits), la première version du Pentium va simplement utiliser deux barrettes de Simm 32 en même temps. Deux technologies spécifiques, l'EDO pour Extended Data Out) et l'HPM (Hyper Page Mode) améliorent le temps de latence. La bande passante augmente jusque 264 MO/s. Ces deux technologies ne sont utilisées qu'avec des cartes mères spécifiques (le chipset) et incompatibles avec les PC qui utilisent des processeurs 486 ou comme extension mémoire pour les imprimantes laser qui utilisent des Simm 72.

Les barrettes BEDO (Burst EDO, EDO en salve) sont des versions améliorées des Simm EDO. En pratique, peu de chipset permettent leur utilisation.

Visuellement, rien ne distingue les versions standards des améliorations (parfois une étiquette). Le mélange de versions standards et EDO sur une carte mère sur des bancs différents est possible mais les EDO sont alors souvent vues par le BIOS comme SIMM standards.

3. Dimm (SDRam)

Les Dimm (Dual-in Ligne Memory Module) sont possibles à partir des chipsets 430 VX (spécifique pour les Pentium version 1). La largeur du bus de donnée est de 64 bits (éventuellement 72 bits avec parité). La première version utilise une fréquence de 66 Mhz (PC-66). Les versions suivantes augmentent la fréquence à 100 Mhz (10 nanosecondes, PC-100) et 133 Mhz (7 nanosecondes, PC-133), utilisée par les Pentium III Copermine et l'Athlon. En 133, deux versions sont commercialisées: les PC133 et les VCM133 avec de meilleurs temps de latence (un peu plus rapide). Les capacités des mémoires SDRam sont de 32, 64, 128, 256 et 512 MO. Les 256 et 512 utilisent des circuits mémoires de chaque coté, quelques chipsets les détectent mal, les Intel 440BX détectent généralement la moitié (128 MO au lieu de 256 MO).

4. Direct Rambus (DRDRam ou RDRam)

LBarette Rambuses DRDRam de la firme RAMBUS sont seulement utilisées par les Pentium III et premiers Pentium IV avec un chipset Intel (I820, I840 et I850). Les transfert à partir de la mémoire se font à la fois sur les flancs montants et descendants de l'horloge, ce qui doublele taux de transfert.

La version Coppermine  du Pentium III utilisant le I820 et le Pentium IV utilisant le i850 gèrent les DRDRam à 300 Mhz (Rambus PC-600) et DRDRam 400 (Rambus PC-800). Le Pentium III avec sa fréquence externe limitée à 133 Mhz tire peu profit de cette technologie, à part pour les transferts directs par DMA vers le bus graphique AGP 4X. Pour le Pentium IV, c'est nettement plus performant.

Ces DRDRam ont une largeur de donnée sur 16 bits (18 avec la parité). La  bande passante varie de 1,2 GB /s (300 Mhz - Rambus PC-600) à 1,6 GB/s (400 Mhz - Rambus PC-800).

En comparaison, celle de la Dimm à 100 Mhz (PC-100) est de 800 MB/s et celle de la PC-133 est de 1,06 GB/s. Nativement, cette technologie travaille sur 2 canaux distincts mais le bus bi-canal est sous licence de Rambus et  INTEL n'a utilisé qu'un seul canal, bridant les performances. La sortie de la DDR va stopper sa commercialisation.

5. DDR SDRam (DDR)

Ces barrettes sont également "Double Data Rate SDRam" et double le taux de transfert. Moins chère que la Rambus, ses taux de transferts sont équivalents.

Dans les DDR400, une EEROM enregistre des données de fréquence, RAS et CAS qui est lue par le BIOS via l'option SPD. Les versions: 

Pour différencier une DDR (barrette en haut) d'une DIMM (en bas), la DDR inclut une encoche, la DIMM en inclut deux.

6. DDR-II

La DDR2 double le taux de transfert par rapport à la DDR (soit 4 X celui d'une Dimm): ce qui double le taux de transfert mais au détriment du temps de latence. Comme la fréquence interne est deux fois plus faible qu'une DDR, elles peuvent monter à des fréquences plus hautes. Le nombre de contacts des barrettes passe de 184 (DDR) à 240, la tension d'alimentation diminue (1,8 V).

Le connecteur est similaire au DDR (l'encoche est décalée), mais peut utiliser le package FBGA, un système d'insertion à plat, aussi utilisé par les Pentium IV au socket 775.

Les processeurs AMD qui utilisent cette technologie sont en socket AM2 et AM2+.

7. DDR3 (2007)

En doublant encore les transfert internes par rapport aux DDR2 (soit 4X), les taux de transferts sont aussi augmentés mais le réel avantage est lié aux fréquences PC-1066 MHz, PC-1333 (PC3-10600), 1600 (PC3-12800), PC-1866 (PC3-14900), DDR3-2133 (PC3-17000). Petit exemple, la fréquence interne d'une puce électronique de PC-1333 utilise une fréquence interne de 166 MHz avec une fréquence d'entrée / sortie de 667 Mhz (facteur multiplicateur de 4) et est utilisée par les barrettes PC-10600 avec un taux de tranfert (bande passante) de 10,66 Ghz.

Les processeurs actuels intègrent directement un contrôleur DDR3 (I5, I7, ... et Phenon II et Athlon II avec le socket AM3). Les processeurs en socket AM3 permettent également l'utilisation des DDR2 (et des cartes mères avec socket AM2+).

La tension d'alimentation baisse à 1,5 volts et la capacité passe à 8 GB par circuit pour les plus grosses (soit des capacités de 16 GB maximum pour 4 GB en DDR2). Les temps de latence sont inchangés. La largeur du bus de données est toujours de 64 bits avec deux transferts par cycles d'horloges.

8. DDR4 SDRAM (2013)

Fabriquée en quantité à partie de 2013, la DDR4 a quelques avantages par rapport à la DDR-3. La première est liée à la tension d'alimentation qui passe à 1,2 Volts au départ pour descendre ensuite à 1 Volts: ce qui réduit forcément la consommation mais aussi l'échauffement dans les modules mémoires. La deuxième est liée à la fréquence plus élevée.

Code Dénomination Fréquence interne (Mhz) Fréquence externe (Mhz) Transfert (Mega transferts / seconde) Taux de transfert Mega Octets / seconde)
DDR4-1600 PC4-12800 200 800 1600 12800
DDR4-1866 PC4-14900 233,33 933,33 1866,67 14933.33
DDR4-2133 PC4-2133 266,67 1066,67 2133.33 17066,67
DDR4-2400 PC4-19200 300 1200 2400 19200

 Le calcul des différentes caractéristiques erst simple. En partant de la fréquence interne, la fréquence externe est 4 X supérieure, le nombre de transferts est 8 X supérieur et le taux de transfert est de 64 X.

9. Précautions.

Quelques cartes mères permettaient l'utilisation de deux types de mémoires (souvent 3 connecteurs). Selon le modèle, tous les mélanges n'étaient pas possibles.

Généralement, une carte mère et un microprocesseur acceptent des barrettes de fréquences supérieures mais rarement l'inverse.

Au niveau de la taille maximum dans PC, les systèmes d'exploitation 32 bits sous Windows acceptent jusque 3 GB (Vista et suivant utilisent jusque 4 GB dans certaines conditions). Les versions de Windows 64 bits sont limités par la carte mère (64 GB actuellement).

10. Récapitulatif

Types de RAM nombre de bits
(avec parité) 		bande passante Processeur (largeur du bus de données externe) nb. par banc
simm 30C 8 (9)   286, 386SX (16 bits) 2
    386DX, 486 (32 bits) 4
simm 72C 32 (36)   486 (32 bits) 1
      Pentium (64 bits) 2
FPM   176 MB/s    
EDO 32 264 MB/s Pentium (64 bits) 2
SDram 66 Mhz 64

528 Mhz Pentium, Pentium II, celeron 1
SDRam à 100 Mhz 64 800 MB/s Pentium II 100 Mhz 1
SDRam à 133 Mhz 64 1,06 GO/s Pentium III (Via chipset VIA), Athlon 1
RamBus 64 1,6 GB (version PC800) Pentium III, premiers Pentium IV 1
DDR, DDR2 et DDR3 64   Pentum IV, Core 2 Duo, Athlon 64, Opteron, ... 1
DDR4 64   I7 à  partir des chipsets X99 et socket LGA2011-3  

Remarque: Pentium I, Cyrix M6, K6-2 et K6-3 (AMD) utilisent les mêmes types, liés au socket (supersocket) 7.

11. Mémoires spéciales pour ordinateurs portables.

Si les premiers PC portables utilisaient des barettes standards, les modèles actuels utilisent un package différents des tours: les So-dimm. Plusieurs modèles existent en suivant les évolutions technologiques ci-dessus. Attention, principalement pour les versions DIMM et DDR, les connecteurs étaient souvent différents d'une marque d'ordinateur à l'autre ou même d'un modèle à l'autre, ce n'est plus le cas aujourd'hui.

So-Dimm 144 contact, équivalente à la Dimm SDRam

So-Dimm 200 contacts, équivalente à la DDR.

La So-Dimm DDR-2 est équivalente à la mémoire DDR2.

12. Correction d'erreurs

Historiquement, la première correction d'erreur est le contrôle de parité utilisé également dans les liaisons séries en ajoutant un neuvième bit. Les ordinateurs XT associaient une erreur de parité mémoire à une interruption non mascable qui arrêtait l'ordinateur. Ce n'est plus le cas actuellement.

Ce contrôle d'erreur mémoire est utilisé dans les serveurs réseaux (plus dans les ordinateurs standards) avec des mémoires de type auto-correctives ECC (Error Checking and Correcting) ou AECC (Advanced ECC) relativement chères qui détectent et corrigent jusque 3 erreurs. La carte mère (ou plutôt le chipset) doit accepter cette fonction. Nous les verrons avec les spécificités des serveurs informatiques en deuxième année.

Sur le sujet:

La suite du cours hardware 1 > 10. Disques durs pour ordinateurs bureautiques et portables
< 8. Les chipset

Révision: 12/05/2017 (DDR-4)

Le cours hardware 1: PC et périphériques informatiques. Le cours Hardware 2: réseaux, serveurs et communications - Windows, formation administrateur en ligne

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