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Le CPU et la RAM

Le Processeur : Le processeur ou CPU (Central Processing Unit) est le coeur de l'ordinateur, son rôle est donc fondamental, il consiste au traitement des données ainsi que leur transmission. Les deux plus grands constructeurs de CPU sont Intel et AMD. Se livrant une guerre féroce sur le marché, ces deux géants de l'électronique ne cessent de créer des processeurs de plus en plus rapides et sophistiqués.
La "puissance" des CPU se caractérise donc par leur fréquence d'horloge, c'est à dire le nombre de cycle horloge par seconde. Pour que le fonctionnement d'un CPU soit le plus optimal possible il doit accomplir un maximum de travail à chaque cycle d'horloge.
Physiquement le processeur est un composant de petite taille, composé d'un Noyau (ou matrice) , encapsulé dans un carré ressemblant à de la céramique, celui-ci permettant la mise en place des connections électriques le reliant au support de la carte mère.
athlon.jpg (24327 octets)             matrice.jpg (28325 octets)
Processeur AMD Athlon XP (recto,verso)                              Matrice d'un Pentium 4 au microscope

Notion de cache : Le cache est en fait un type de mémoire très rapide dont le rôle consiste a créer un "réservoir" de données permettant au processeur le réapprovisionnement de ces données de manière constante. Sur les CPU ordinaires nous pouvons trouver deux types de cache, le cache niveau 1 (L1, Level 1 ) et le cache niveau 2 (L2, Level 2 ).

- Le cache L1 : Il est intégré dans le processeur lui-même. C'est une petite mémoire de 8, 16, 32, 64 ou 128 Ko tournant à la même fréquence horloge que le processeur. Il est réparti en deux sections, une pour transmettre les données et la seconde pour les instructions. Si le cache est commun aux données et aux instructions, on parle alors de Cache Unifié .

pentium2b.jpg (18625 octets) pentium2a.jpg (20394 octets)

- Le cache L2 : Le but du cache L2 est de lire les grandes quantités de données provenant de la RAM et de les mettre à disposition du cache L1. Il est de taille plus importante 256 ou 512 Ko et de type unifié. Sur des processeurs d'ancienne génération le cache L2 était placé à l'extérieur de la puce du processeur (sur la carte mère) ou à l'intérieur d'un module spécial comme dans le cas des premiers Pentium II (voir photos).>>>

Aujourd'hui les fabricants ont intégré le cache L2 dans la puce du processeur, étant plus proche du cache L1 et du noyau du CPU, il en résulte un travail que plus efficace.
Le cache L2 est moins rapide que le cache L1 mais plus rapide que la RAM.

caches.jpg (36558 octets)

Un processeur doit bien entendu être alimenté en courant électrique, on lui fournit un courant pour le noyau ( tension noyau ou kernel voltage ), ainsi qu'un courant alimentant les ports E/S du processeur. Avec l'évolution, le nombre de transistors contenus dans le CPU augmente de façon constante. En effet le Pentium contenait 3,1 millions de transistors, alors que son grand frère le Pentium 4 en contient 55 millions. De ce fait, la consommation du processeur peut facilement aller de 50 à 100 w, ce qui a pour conséquence de dégager une chaleur importante. La tension noyau a été diminuée mais le nombre de transistors augmenté donc il en résulte toujours le même problème de dissipation thermique. C'est pour cela qu'il est impératif d'équiper le CPU d'un gros dissipateur thermique ainsi qu'un ventilateur paliant ainsi à cet inconvénient.
Je reviendrai sur le fonctionnement du processeur en détail en lui consacrant un dossier complet.

ventilo.jpg (20096 octets)Ce systeme de refroidissement est équipé d'un dissipateur thermique en aluminium, à ailettes, monté sur celui-ci un ventilateur alimenté en 12 v et branché sur la carte mère (connecteur CPU FAN).

Il est conseillé en plus de déposer un peu de graisse thermo-conductrice entre le processeur et le dissipateur afin d'assurer une meilleure conductibilité thermique.

Il ne faut donc pas négliger la qualité du refroidissement des CPU, au risque d'une surchauffe, les processeurs sont tout de même équipés d'une diode de protection sensible à la chaleur, si la carte mère sait gérer ce principe, lors d'un incident de chauffe, le CPU sera stoppé.

 

 

La RAM ou mémoire vive : C'est un composant essentiel du PC, sans la RAM, pas de traitement de données. C'est dans ces mémoires que tournent tous les logiciels. La RAM est directement liée au processeur, elle doit être rapide et en nombre suffisant, si elle est trop lente, il se formera un goulot d'étranglement, si elle est de capacité insuffisante, le PC ralentira de par le fait que lorsque la RAM est "saturée", le système stocke les données en trop sur le disque dur ( swapping ), l'accès disque et étant beaucoup plus lent que l'accès mémoire il en découle un ralentissement très net de la machine. Il existe plusieurs types de RAM, il convient donc de vérifier lors de l'achat ou l'upgrade d'une machine quel type de barette mémoire la carte mère peut accueillir.
Je reparlerai de la RAM avec plus de précisions dans un dossier spécial.

   
ddrram.jpg (5591 octets)

Module de type DDR RAM ( Double Data Rate ) , 184 broches .
Technologie doublant la vitesse en exploitant un signal d'horloge 2 fois. Ces barrettes peuvent être montées à l'unité.
* Voir ci dessous

rambus.jpg (4826 octets) Développé par la Sté Rambus Inc, ce type de RAM utilise un nouveau genre de puce capable de tourner à des fréquences élevées. La largeur du module n'est que de 16 Bits mais les fréquences horloges beaucoup plus élevées (2 x 533 Mhz pour la PC 1066). 2 x car comme la DDR RAM la Rambus utilise un doublage d'horloge. Ces barrettes ont 184 broches et sont montées dans des boîtiers conducteurs de chaleur. **
pc133.jpg (24124 octets) Module de type SDRAM ( synchronous DRAM ), ici un modèle PC133 (133Mhz) de 64 Mo à 168 broches, 64 bits.
La puce EEPROM SPD, placée sur ces modules, contient des informations pouvant être lues par la carte mère, comme la vitesse du module. Ces barrettes peuvent être montées à l'unité sur les différents connecteurs de la carte mère.
edo.jpg (16287 octets) Module de type EDO RAM ( Extented Data Out ),75 Mhz, de 8 Mo à 72 broches, 32 bits. Successeur des modules type RAM FPM bénéficiant d'un gain de 3 à 5 % de largeur de bande.
Ces barrettes devaient être montées par paires.
8b.jpg (15943 octets) Module de type RAM FPM ( Fast Page Mode ), on les trouvait en largeur de 8 bits (photo), 30 broches, puis en 32 bits à 72 broches (idem à l'EDO). Ce type de RAM ne dépassait pas les 66 Mhz. Ces barrettes devaient être montées par paires.

* Informations complémentaires pour la DDR RAM.
   Elle existe sous plusieurs modèles :
DDR RAM 200 (PC1600), DDR RAM 266 (PC2100), DDR RAM 333 (PC2700), DDR RAM 400 (PC3200)
DDR RAM 433 (PC3500), DDR RAM 466 (PC3700).
Exploitant le DDR ( Double Data Rate ), ce type de RAM peut doubler sa vitesse à chaque cycle d'horloge (front montant et front descendant), ce que la SDRAM ne faisait pas. Il est donc conseillé d'adapter la RAM la plus rapide possible suivant la fréquence du bus mémoire. Il s'avère aussi que le terme PCxxxx corresponde à la largeur de bande (ou débit mémoire) de la RAM.
Formule : Débit =Fréquence Bus * Largeur du Bus * coef (la DDR RAM utilise le coefficient 2 car nous sommes en Double Rate ).

Exemple: Pont Nord VIA KT333, Bus mémoire cadencé à 133 Mhz sous 64 bits ce qui nous donne :
             133*64*2=17024 on divise par huit (pour passer en Octets) et cela nous fait 2128 Mo/s ou 2,1 Go/s.
              Il s'avère que dans ce cas on peut utiliser de la DDR RAM 266 (PC2100).

** Note sur la Rambus :
     Avec ces R DRAM il doit être installé une barrette sur chaque support de la carte mère.Si leur nombre est insuffisant il suffit de "remplir" les supports vides par de petites cartes sans RAM appelées CRIMM .

Complement d'informations

Ce tableau donne un bref récapitulatif concernant la dénomination des differents types de RAM.On distingue ici, deux types de RAM actuellement sur le marché.

Memoire Appelation Frequence (ram) Mhz Frequence (fsb) Mhz Débit Go/s
DDR200
PC1600
200
100
1,6
DDR266
PC2100
266
133
2,1
DDR333
PC2700
333
166
2,7
DDR400
PC3200
400
200
3,2
DDR433
PC3500
433
217
3,5
DDR466
PC3700
466
233
3,7
DDR500
PC4000
500
250
4
DDR533
PC4200
533
266
4,2
DDR538
PC4300
538
269
4,3
DDR550
PC4400
550
275
4,4
DDR2-400
PC2-3200
400
100
3,2
DDR2-533
PC2-4300
533
133
4,3
DDR2-667
PC2-5300
667
167
5,3
DDR2-675
PC2-5400
675
172,5
5,4
DDR2-800
PC2-6400
800
200
6,4


 En vert, la DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM ), comme la SDRAM, c'est une mémoire de type synchrone mais permettant de doubler le taux de transfert à fréquence égale. En effet ces modules exploitent le front montant et descendant de l'horloge.
Ce type de mémoire est le plus souvent désignée sous la reference PCxxxx, "xxxx" correspondant au débit en Mo/s.

 En jaune, la DDR2-SDRAM permet d'atteindre un taux de tranfert deux fois plus important que la DDR-SDRAM à fréquence externe égale. Comme pour les processeurs Pentium on parlera de Quadruple Data Rate ou quad-pumped , cette dénomination permet à ces modules RAM d'utiliser deux cannaux séparés pour la lecture et l'écriture, ce qui lui permet d'envoyer et de recevoir deux fois plus de donnés que la DDR.
 D'un point de vue visuel, la DDR2 posséde plus de contacts (240) que la DDR (184), ainsi que le positionnement du détrompeur peremettant d'eviter tout mélange (voir photo ci-dessous).

Notion de Timing des modules RAM

 La mémoire vive est constitué de centaines de milliers de petits condensateurs enmagasinant des charges electriques.

  Un condensateur chargé correspond à un 1 ou dans le cas contraire à un 0. Ce qui conduit à parler de Bit mémoire.

 Les condensateurs ayant une facheuse tendance à se décharger, il convient de les recharger, c'est ce que l'on nomme le rafraîchissement.

Celui-ci doit être effectué de façon régulière, c'est le cycle de rafraîchissement (qui est de l'ordre de 15ns pour les modules DRAM).

Chaque condensateur est couplé à un transistor, permettant la lecture de l'état de chargement des condensateurs (0 ou 1), ou bien effectuer un changement d'état de ceux-ci. Ce couple de composant est rangé sous forme de matrice, de par ce principe, il est possible d'accéder à une case mémoire (intersection d'un ligne est d'une colonne), appelée aussi point mémoire. ( Voir schéma ci-dessous).

 
Chaque point mémoire correspond à une adresse relative au numéro de la colonne et celui de la ligne.L'accés à ce point n'est pas immediat et s'effectue pendant un delai appelé temps de latence. L'accès à une donnée en mémoire dure un temps égal au temps de cycle auquel il faut ajouter le temps de latence.

 Les mémoires sont très souvent caractérisées par une serie de quatre chiffres, par exemple 3-2-2-2 ou 2-3-3-2. Ces valeurs regroupent les performances de synchronisation des modules RAM (ou bien timing) , c'est à dire la succession de cycles d'horloge nécessaires pour accéder à une donnée stockée en memoire vive.

Ces quatres valeurs correspondent aux critères suivants :

- CAS delay ou CAS latency (CAS signifiant Column Address Strobe ) : il s'agit du nombre de cycles d'horloge s'écoulant entre l'envoi de la commande de lecture et l'arrivée effective de la donnée. Autrement dit, il s'agit du temps d'accès à une colonne.
- RAS Precharge Time (noté tRP , RAS signifiant Row Address Strobe ) : il s'agit du nombre de cycles d'horloge entre deux instructions RAS, c'est-à-dire entre deux accès à une ligne.
- RAS to CAS delay (noté parfois tRCD ) : il s'agit du nombre de cycles d'horloge correspondant au temps d'accés d'une ligne à une colonne.
- RAS active time (noté parfois tRAS ) : il s'agit du nombre de cycles d'horloge correspondant au temps d'accés à une ligne.

 A noter que les modules RAM sont équipés d'un petit composant éléctronique appelé SPD (Serial Presence Detect), permettant à la carte mère de connaitre les valeurs nominales définies par le fabriquant.
Il s'agit d'une EEPROM dont les données seront chargées par le BIOS si l'utilisateur choisi le réglage "auto".