CHAPITRE III - LES MEMOIRES

Ce matériel couvre les différents types de mémoires utilisées en architecture des microprocesseurs, leurs caractéristiques, leur organisation, ainsi que les techniques d’interfaçage et de décodage d’adresses. Il s’adresse aux étudiants en informatique, électronique ou génie informatique souhaitant comprendre le fonctionnement et la gestion des mémoires dans un système microprocesseur.

Mémoires ROM et RAM

On distingue deux types principaux de mémoires :

• Mémoires vives (RAM : Random Access Memory) ou mémoires volatiles : elles perdent leur contenu en cas de coupure d’alimentation. Elles sont utilisées pour stocker temporairement des données et des programmes. Elles peuvent être lues et écrites par le microprocesseur.
• Mémoires mortes (ROM : Read Only Memory) ou mémoires non volatiles : elles conservent leur contenu même en cas de coupure d’alimentation. Elles ne peuvent être que lues par le microprocesseur, sans possibilité d’écriture. On les utilise pour stocker des données et des programmes de manière définitive.

La capacité d’une mémoire est caractérisée par le nombre total de cases mémoire contenues dans un même boîtier.

Schéma fonctionnel d’une mémoire

Le nombre de lignes d’adresses détermine la capacité de la mémoire : n lignes d’adresses permettent d’adresser 2^n cases mémoire.

• 8 bits d’adresses permettent d’adresser 256 octets.
• 16 bits d’adresses permettent d’adresser 65536 octets (64 Ko).

Exemple : une mémoire RAM 6264 a une capacité de 8K × 8 bits. Elle possède 13 broches d’adresses A0 à A12, car 2^13 = 8192 = 8 Ko.

Interfaçage microprocesseur/mémoire

Le microprocesseur communique avec la mémoire via des bus d’adresses et de données. Le bus d’adresses sélectionne la case mémoire, tandis que le bus de données transporte les informations lues ou à écrire.

Chronogrammes de lecture et d’écriture en mémoire

Une caractéristique importante des mémoires est leur temps d’accès : c’est le temps entre la présentation de l’adresse sur le bus d’adresses et la mise à disposition de la donnée sur le bus de données. Ce temps varie généralement entre 50 ns et 300 ns.

Le chronogramme de lecture montre la séquence temporelle des signaux pour lire une donnée en mémoire.

Le chronogramme d’écriture illustre la séquence pour écrire une donnée dans une case mémoire.

Connexion de plusieurs boîtiers mémoire sur le bus d’un microprocesseur

Les boîtiers mémoire possèdent une broche appelée CS (Chip Select) :

• Lorsque CS est active, le circuit mémoire peut être lu ou écrit.
• Lorsque CS est inactive, le circuit est exclu du service et ses broches de données passent à l’état de haute impédance, ce qui équivaut à une déconnexion du bus de données.

Cela permet de connecter plusieurs boîtiers mémoire sur un même bus sans conflit, à condition qu’un seul signal CS soit actif à un instant donné.

Exemple de connexion

Supposons trois boîtiers mémoire de 8 Ko chacun (13 lignes d’adresses) connectés sur un bus d’adresses de 16 bits.

Chaque boîtier est sélectionné par une combinaison spécifique des bits d’adresses A13, A14 et A15 :

• Mémoire N°1 : A13 = 1, A14 = 0, A15 = 0
• Mémoire N°2 : A13 = 0, A14 = 1, A15 = 0
• Mémoire N°3 : A13 = 0, A14 = 0, A15 = 1

Chaque combinaison correspond à une plage d’adresses spécifique attribuée à chaque mémoire.

Cartographie (mapping) de la mémoire

Le microprocesseur voit la mémoire comme un espace d’adressage continu, découpé en plages correspondant à chaque boîtier mémoire. Le mapping est défini par les bits d’adresses supérieurs qui sélectionnent le boîtier actif.

Décodage d’adresses

Les trois bits A13, A14 et A15 fournissent 8 combinaisons possibles, permettant de connecter jusqu’à 8 boîtiers mémoire de 8 Ko chacun sur un bus d’adresses de 16 bits.

La mémoire totale implantée peut ainsi atteindre 8 × 8 Ko = 64 Ko, qui est la capacité maximale adressable avec 16 bits.

Pour gérer cette sélection, on utilise un circuit de décodage d’adresses : un décodeur 3 vers 8.

Table de vérité du décodeur d’adresses

A15	A14	A13	CS actif
0	0	0	CS0
0	0	1	CS1
0	1	0	CS2
0	1	1	CS3
1	0	0	CS4
1	0	1	CS5
1	1	0	CS6
1	1	1	CS7

Classification des mémoires

Mémoires vives (RAM)

• SRAM (Static RAM) : mémoire statique à accès aléatoire, basée sur des bascules RS à deux états.
  • Avantage : très rapide, simple d’utilisation.
  • Inconvénient : réalisation complexe.
• DRAM (Dynamic RAM) :
  • Avantage : intégration élevée, faible coût.
  • Inconvénient : nécessite un rafraîchissement périodique à cause du courant de fuite des condensateurs.
  • Application : mémoire vive des ordinateurs.

Mémoires mortes (ROM)

• ROM (Read Only Memory) : mémoire à lecture seule, programmée une fois par le constructeur.
  • Avantage : faible coût.
  • Inconvénient : nécessite une production en très grande quantité.
• PROM (Programmable ROM) : ROM programmable une seule fois par l’utilisateur en faisant sauter des fusibles.
  • Nécessite un programmateur spécialisé appliquant une tension de programmation (21 ou 25 V) pendant 20 ms.
• EPROM (Erasable PROM) : ROM programmable électriquement et effaçable par exposition à un rayonnement ultraviolet pendant 30 minutes.
  • Avantage : reprogrammable par l’utilisateur.
• EEPROM (Electrically Erasable PROM) : ROM programmable et effaçable électriquement.
  • Les données peuvent être modifiées de temps en temps.
  • Avantage : programmation sans extraction de la carte et sans programmateur.
  • Inconvénient : coût élevé.

Glossaire des termes clés

• RAM (Random Access Memory) : mémoire vive, volatile, pouvant être lue et écrite.
• ROM (Read Only Memory) : mémoire morte, non volatile, uniquement en lecture.
• Capacité mémoire : nombre total de cases mémoire dans un boîtier.
• Bus d’adresses : ensemble de lignes permettant de sélectionner une case mémoire.
• Bus de données : ensemble de lignes permettant de transférer les données entre mémoire et microprocesseur.
• Temps d’accès : délai entre la présentation d’une adresse et la disponibilité de la donnée.
• CS (Chip Select) : signal activant un boîtier mémoire pour lecture ou écriture.
• Décodage d’adresses : circuit permettant de sélectionner un boîtier mémoire parmi plusieurs selon les bits d’adresses.
• SRAM : mémoire statique rapide basée sur des bascules.
• DRAM : mémoire dynamique nécessitant un rafraîchissement périodique.
• PROM : ROM programmable une seule fois par l’utilisateur.
• EPROM : ROM effaçable par rayonnement ultraviolet et reprogrammable.
• EEPROM : ROM effaçable électriquement et reprogrammable sans extraction.

Points clés à retenir

• Les mémoires RAM sont volatiles et permettent lecture/écriture, tandis que les ROM sont non volatiles et en lecture seule.
• La capacité mémoire est déterminée par le nombre de lignes d’adresses (2^n cases).
• Le signal CS permet de gérer plusieurs boîtiers mémoire sur un même bus sans conflit.
• Le décodage d’adresses avec un décodeur 3 vers 8 permet de connecter jusqu’à 8 boîtiers de 8 Ko sur un bus 16 bits.
• Les mémoires SRAM sont rapides mais complexes, les DRAM sont moins coûteuses mais nécessitent un rafraîchissement.
• Les mémoires ROM ont plusieurs variantes selon leur programmabilité et leur mode d’effacement.