Comment fonctionne la mémoire des ordinateurs - Kanawat Senanan

Voir le cours complet : http://ed.ted.com/lessons/how-computer-memory-works-kanawat-senanan

De bien des façons, nos souvenirs constituent ce que nous sommes, nous aident à nous rappeler notre passé, apprendre et retenir des compétences, et à planifier l'avenir. En ce qui concerne les ordinateurs, qui agissent souvent comme des extensions de nous-mêmes, la mémoire joue exactement le même rôle. Kanawat Senanan explique comment fonctionne la mémoire d'un ordinateur.

Cours de Kanawat Senanan, animation de TED-Ed.

De bien des façons, nos souvenirs
constituent ce que nous sommes,

nous aident à nous remémorer notre passé,

à apprendre et retenir des compétences,

et à planifier l'avenir.

Et les ordinateurs, qui agissent souvent
comme des extensions de nous-mêmes,

la mémoire joue le même rôle,

que ce soit un film de deux heures,

un fichier texte de deux mots,

ou les instructions pour les ouvrir,

tout dans la mémoire d'un ordinateur prend
la forme d'unités de base appelées bits,

ou chiffres binaires.

Chacun d'eux est stocké
dans une mémoire cellulaire,

qui peut basculer entre deux états,

0 et 1.

Les fichiers et les programmes
se composent de millions de ces bits,

tous traités dans le processeur central,

aussi appelé CPU,

qui agit comme le cerveau de l'ordinateur.

Alors que le nombre de bits à traiter
croît de façon exponentielle,

les concepteurs d'ordinateurs
sont confrontés à une lutte constante,

entre la taille, le coût et la vitesse.

Comme nous, les ordinateurs possèdent
une mémoire à court terme

pour les tâches immédiates,

et une à long terme,
pour le stockage permanent.

Lorsque vous exécutez un programme,

votre système d'exploitation attribue
une zone de la mémoire à court terme

pour exécuter ces instructions.

Par exemple, lorsque vous appuyez
sur une touche d'un traitement de texte,

le CPU accède à l'un de ces endroits
pour récupérer des éléments de données.

Il pourrait aussi les modifier
ou en créer de nouveaux.

Le temps que cela prend
s'appelle la latence de la mémoire.

Les instructions du programme devant
être traitées rapidement et en continu,

toutes les zones
de la mémoire à court terme,

sont accessibles
dans n'importe quel ordre,

d'où le nom de RAM,
« mémoire à accès aléatoire » .

Le type de RAM le plus courant,
est la RAM dynamique ou DRAM.

Chaque cellule de mémoire est constituée
d'un petit transistor et d'un condensateur

qui stockent des charges électriques,

un 0 lorsqu'elles ne sont pas chargées,
ou 1 lorsqu'elles le sont.

On caractérise cette mémoire de dynamique,

car elle retient des charges brièvement,
avant qu'elles ne s'échappent,

et nécessite d'être rechargée
périodiquement pour conserver des données.

Mais même sa faible latence
de 100 nanosecondes

est trop longue pour les CPU modernes.

Il existe donc aussi une petite
mémoire cache interne, à grande vitesse,

fabriquée à partir de la RAM statique.

Elle est habituellement composée
de six transistors reliés entre eux,

et qui n'ont pas besoin d'être rechargés.

SRAM est la mémoire la plus rapide
dans un système informatique,

mais aussi celle qui coûte le plus cher,

et qui prend trois fois plus
d'espace que la DRAM.

La RAM et le cache ne peuvent contenir
des données que lorsqu'ils sont alimentés.

Pour que les données soient sauvegardées,
une fois l'appareil est éteint,

elles doivent être transférées dans
une unité de stockage à long terme,

qui existe en trois différents types.

Dans le stockage magnétique,
qui est le moins cher,

les données sont stockées sous la forme
d'un modèle magnétique,

sur un disque rotatif codé
dans un film magnétique.

Vu que le disque doit tourner à l'endroit
où se trouvent les données,

pour être lu,

la latence de ces disques est 100 000 fois
plus lente que celle de la DRAM.

D'autre part, le stockage optique,
comme les DVD et Blu-ray,

utilise également des disques rotatifs,

mais dont le revêtement est réfléchissant.

Les bits sont codés comme des taches
colorées pouvant être lues par un laser.

Même si le stockage optique de médias
n'est pas cher et est amovible,

sa latence est encore plus lente
que celle du stockage magnétique,

et sa capacité est également plus faible.

Enfin, les types de stockage les plus
récents et rapides sont les disques SSD,

comme les clés USB.

Elles n'ont pas de pièces amovibles,

mais utilisent des transistors
à grille flottante

qui stockent les bits en piégeant
ou supprimant les charges électriques,

dans leur structures internes
spécialement conçues à cet effet.

À quel point ces milliards de bits
sont-ils fiables ?

Nous pensons que la mémoire
d'un ordinateur est stable et permanente,

mais en réalité, elle se dégrade
assez rapidement.

La chaleur générée par
un appareil et son environnement

finira par démagnétiser les disques durs,

dégrader le colorant des disques optiques,

et provoquer une fuite dans
les grilles flottantes.

Les disques SSD possèdent également
une faiblesse supplémentaire.

La transmission répétitive aux transistors
à grille flottante les corrode,

les rendant en définitive inutiles.

Avec des données sur la plupart
des supports de stockage actuels,

et dont l'espérance de vie
est de moins de dix ans,

les scientifiques cherchent à exploiter
les propriétés physiques des matériaux,

jusqu'au niveau quantique,

afin de créer des dispositifs
de mémoire plus rapides,

plus petits,

et plus durables.

À ce jour, l'immortalité est hors
de portée des humains,

ainsi que pour les ordinateurs.