Le stockage informatique utilise plusieurs types de mémoire. Deux d’entre eux, la mémoire vive et la mémoire morte — respectivement la RAM et la ROM — ont des acronymes similaires, mais des définitions, des caractéristiques et des usages très différents.
RAM est la mémoire à court terme d’un ordinateur. Essentiellement, la RAM sert à stocker les données dont le processeur a besoin pour faire fonctionner le système d’exploitation, les logiciels et les processus. La ROM fournit un stockage permanent pour les instructions nécessaires lors de l’amorçage, c’est-à-dire le processus de mise sous tension — le « démarrage » — de l’ordinateur. Elle stocke le système d’entrée/sortie de base (BIOS) ainsi que les autres micrologiciels du matériel informatique, qui sont rarement mis à jour.
Cet article décrit plus en détail ces deux types de mémoire et leurs différences.
Qu’est-ce que la RAM et comment fonctionne-t-elle ?
RAM fournit un espace de stockage à court terme pour les informations utilisées par le processeur d’un ordinateur ou qu’il s’attend à utiliser. Elle est bien plus rapide qu’un disque dur, un disque SSD ou tout autre périphérique de stockage à long terme, ce qui évite à l’ordinateur d’attendre le traitement des données.
La vitesse de la RAM se mesure en nanosecondes. Parce qu’elle est extrêmement rapide, la RAM peut passer rapidement d’une tâche à l’autre. La RAM est également une mémoire en lecture-écriture : le processeur peut donc lire rapidement les instructions depuis la RAM et y écrire les résultats, en modifiant rapidement les données. La RAM est appelée mémoire à accès aléatoire parce que l’ordinateur peut accéder directement à la mémoire RAM et la manipuler de manière aléatoire, dans n’importe quel ordre et depuis n’importe quel emplacement physique.
La capacité de RAM d’un ordinateur va généralement d’environ 2 Go à 64 Go. Elle est fournie par des puces qui s’insèrent dans des emplacements mémoire situés à côté de l’unité centrale (CPU), sur la carte mère de l’ordinateur. La capacité de RAM peut être augmentée en ajoutant des puces, à condition qu’elles soient compatibles. Davantage de RAM améliore la vitesse de traitement d’un ordinateur, et non sa capacité de stockage.
La RAM est une mémoire volatile, ce qui signifie qu’elle ne stocke les données que lorsque l’appareil est sous tension. Lorsque l’ordinateur est éteint, les données présentes dans la RAM sont automatiquement effacées. En raison de cette volatilité, tout le travail effectué sur un ordinateur est constamment enregistré sur le disque dur ou le SSD, afin que les données ne soient pas perdues en cas d’interruption soudaine de l’alimentation électrique.
Les puces de RAM sont essentiellement des semi-conducteurs placés sur un processeur, qui stockent des variables pour les calculs du CPU — la RAM fournit les emplacements mémoire des données demandées. Lorsque le CPU reçoit une instruction de lecture de données accompagnée de l’adresse ou de l’emplacement mémoire de ces données, il envoie l’adresse au contrôleur de RAM, qui la transmet au chemin approprié, ouvre les transistors de ce chemin et lit la valeur de chaque condensateur. Enfin, les données lues sont retransmises au CPU.
Types de RAM
Les deux principaux types de RAM sont la RAM statique (SRAM) et la RAM dynamique (DRAM).
La SRAM est plus rapide et nécessite moins d’énergie que la DRAM. Elle coûte également plus cher. Elle est généralement utilisée comme mémoire cache. La SRAM utilise l’état d’une cellule mémoire à six transistors pour stocker un bit de données, avec des vitesses typiques comprises entre 20 et 40 nanosecondes (ns).
DRAM est plus lente et nécessite davantage d’énergie, mais elle peut contenir plus de données que la SRAM. Elle utilise une cellule mémoire composée d’un transistor et d’un condensateur associés pour stocker un bit de données. Contrairement à la SRAM, chaque cellule de DRAM doit être rafraîchie périodiquement, car les condensateurs ont tendance à perdre leur charge. Les vitesses typiques de la DRAM sont comprises entre 60 et 100 ns.
La RAM la plus rapide est la DDR5, lancée en 2021, qui affiche les améliorations les plus significatives par rapport à toutes les versions précédentes de la RAM DDR.
Qu’est-ce que la ROM et comment fonctionne-t-elle ?
La ROM est une mémoire non volatile, ce qui signifie qu’elle stocke les données lorsque l’appareil est sous tension comme lorsqu’il est éteint. À moins d’être effacée, la ROM n’oublie jamais les données. La plupart des ordinateurs possèdent de nombreuses puces de ROM sur la carte mère et les cartes d’extension, qui stockent le BIOS du système ainsi que les informations essentielles au démarrage, à la lecture et à l’écriture sur les périphériques, à la gestion des données de base et à l’exécution de certains utilitaires.
Lorsqu’un ordinateur est mis sous tension, la puce BIOS en lecture seule s’active et vérifie les différents composants de l’ordinateur pour s’assurer qu’ils sont tous présents et fonctionnent correctement. Lors d’un processus appelé autotest de démarrage (POST), le BIOS demande au CPU de commencer à vérifier le code à différents emplacements. Pendant le test, vous pouvez entendre le disque dur vrombir et voir quelques voyants clignoter. Une fois le test terminé, le CPU prend le relais et lance le système d’exploitation.
On trouve de la ROM dans les PC et d’autres appareils comme les calculatrices, les périphériques et les systèmes embarqués, dont les besoins en programmation ne sont pas censés évoluer. Les puces de ROM étaient utilisées dans les cartouches de jeu des premières consoles, comme les Nintendo et Gameboy d’origine.
La ROM est appelée mémoire morte, car si le CPU peut lire les données qu’elle contient, il ne pouvait traditionnellement pas les modifier. Certains types de ROM, mais pas tous, permettent désormais d’effacer et de réécrire les données, mais de manière bien moins efficace qu’avec la RAM.
Types de ROM
Il existe trois principaux types de stockage en ROM.
- ROM programmable (PROM), un type de ROM fabriqué sous forme de mémoire vierge, comme dans un CD-ROM. Les données sont écrites après la fabrication.
- ROM effaçable et programmable (EPROM), une puce de ROM qui peut être effacée par exposition à des rayons ultraviolets de forte intensité. L’EPROM peut ensuite être reprogrammée.
- ROM électriquement effaçable et programmable (EEPROM), qui peut être effacée électriquement par émission électronique de champ (également appelée effet tunnel de Fowler-Nordheim), un processus plus simple que celui utilisé pour l’EPROM. Une EEPROM peut être reprogrammée environ 10 000 fois.
L’avenir de la RAM et de la ROM
L’industrie tente de produire une mémoire universelle possédant les mêmes caractéristiques que la DRAM et la mémoire flash. Voici quelques produits prometteurs :
- RAM magnétorésistive (MRAM), qui utilise les propriétés magnétiques pour stocker les données et n’a donc pas besoin d’une source d’alimentation pour les conserver. Bien que la MRAM soit déjà utilisée, elle est coûteuse et employée avec parcimonie par des organisations spécialisées. La MRAM pourrait remplacer la DRAM.
- Mémoire à changement de phase (PCM), une RAM non volatile qui stocke les données en faisant passer des courants électriques dans des éléments chauffants pour chauffer et refroidir rapidement un type de verre.
- Mémoire résistive à accès aléatoire (ReRAM), une RAM non volatile qui fonctionne en créant des défauts physiques dans des couches de matériau oxydé. Ces défauts sont appelés lacunes d’oxygène, comme dans un semi-conducteur, mais avec des ions d’oxygène. La ReRAM est utilisée dans les applications d’IA.
Tous les futurs remplaçants de la DRAM sont actuellement utilisés sur des marchés de niche, sans date précise de commercialisation pour le grand public. L’objectif de la mémoire universelle est de réunir la mémoire RAM et la mémoire ROM sur le même jeu de puces. Il reste toutefois plusieurs difficultés que les fabricants de semi-conducteurs s’efforcent de résoudre pour rendre cette mémoire possible.
En résumé : RAM et ROM
La mémoire morte comme la mémoire vive fournissent des types essentiels de mémoire interne nécessaires au bon fonctionnement des ordinateurs. La RAM et la ROM se trouvent toutes deux sur la carte mère de l’ordinateur, mais dans des jeux de puces amovibles distincts, et toutes deux ont bénéficié d’améliorations technologiques. Alors que les fabricants de semi-conducteurs cherchent des solutions de remplacement, ils se heurtent à des difficultés techniques qui signifient que la plupart des ordinateurs continueront d’utiliser la RAM et la ROM pendant au moins les prochaines années.
