Chapitre ii mémoires

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Chapitre ii mémoires

  1. 1. CHAPITRE II: MÉMOIRES Université Saad Dahlab de Blida Faculté des Sciences Département d’Informatique Licence Génie des Systèmes Informatiques (GSI) Semestre 4 (2ème année) S. AROUSSI Disponible sur https://sites.google.com/a/esi.dz/s-aroussi/
  2. 2. PLAN DU CHAPITRE II  Introduction  Organisation d’une Mémoire  Caractéristiques d’une Mémoire  Types de Mémoires  Hiérarchie Mémoire  Mémoire Centrale  Mémoire Cache  Mémoire de Masse 2
  3. 3. 3  Une mémoire est un composant électronique permettant d’enregistrer, de conserver et de restituer des informations sous forme binaire.  Les informations peuvent être écrites ou lues. Il y a écriture lorsqu'on enregistre des informations en mémoire, lecture lorsqu'on récupère des informations précédemment enregistrées. INTRODUCTION
  4. 4. 4  Une mémoire peut être représentée comme une table constituée d’un ensemble de lignes.  Chaque ligne représente alors une case mémoire qui peut contenir un seul élément : des données.  Chaque ligne est identifiée par un numéro appelé adresse.  Chaque donnée devient alors accessible grâce à son adresse ORGANISATION D’UNE MÉMOIRE
  5. 5. 5  Le nombre de fils d’adresses d’un boîtier mémoire définit le nombre de cases mémoire que comprend le boîtier: Avec une adresse de n bits il est possible de référencer au plus 2n cases mémoire.  Le nombre de fils de données définit la taille des données que l’on peut sauvegarder dans chaque case mémoire (toujours une puissance de 2). ORGANISATION D’UNE MÉMOIRE
  6. 6. 6  En plus du bus d’adresses et du bus de données, un boîtier mémoire comprend:  une entrée de commande ( ) qui permet de définir le type d’opération que l’on effectue avec la mémoire (lecture/écriture)  une entrée de sélection ( )qui permet de mettre les entrées/sorties du boîtier en haute impédance. ORGANISATION D’UNE MÉMOIRE
  7. 7. 7  Une opération de lecture ou d’écriture de la mémoire suit toujours le même cycle : 1. Spécifier l’adresse 2. Choisir de l’opération à effectuer ( ) 3. Sélectionner la mémoire ( = 0 ) 4. Effectuer l’opération (lecture ou écriture) ORGANISATION D’UNE MÉMOIRE
  8. 8. 8  La capacité : c’est le nombre total de bits que contient la mémoire. Elle s’exprime aussi souvent en octet.  Le format des données : c’est le nombre de bits que l’on peut mémoriser par case mémoire. On dit aussi que c’est la largeur du mot mémorisable.  Le temps d’accès : c’est le temps qui s'écoule entre l'instant où a été lancée une opération de lecture/écriture en mémoire et l'instant où la première information est disponible sur le bus de données.  Le temps de cycle : il représente l'intervalle minimum qui doit séparer deux demandes successives de lecture ou d'écriture. Il est toujours supérieure au temps d’accès car on a besoin d’opérations supplémentaires entre 2 accès (stabilisation des signaux, synchronisation ...) CARACTÉRISTIQUES D’UNE MÉMOIRE
  9. 9. 9  Exemple: Chronogramme d’un cycle de lecture CARACTÉRISTIQUES D’UNE MÉMOIRE
  10. 10. 10  Le débit : c’est le nombre maximum d'informations lues ou écrites par seconde.  Volatilité : elle caractérise la permanence des informations dans la mémoire. L'information stockée est volatile si elle risque d'être altérée par un défaut d'alimentation électrique et non volatile (ou permanente) dans le cas contraire. CARACTÉRISTIQUES D’UNE MÉMOIRE
  11. 11. 11  Mode d’accès à l’information: dépend de l’organisation sur le support: 1. Accès séquentiel: Pour accéder à une information on doit parcourir toutes les informations précédentes (accès lent)  Exemple : bandes magnétiques (K7 vidéo) 2. Accès direct: chaque information a une adresse propre. On peut accéder directement à chaque adresse  Exemple : mémoire centrale CARACTÉRISTIQUES D’UNE MÉMOIRE
  12. 12. 12  Mode d’accès à l’information: dépend de l’organisation sur le support: 1. Accès séquentiel. 2. Accès direct. 3. Accès semi-séquentiel: intermédiaire entre séquentiel et direct  Exemple : disque dur (accès direct au cylindre, ensuite accès séquentiel au secteur sur un cylindre) 4. Accès associatif: une information est identifiée par une clé. On accède à une information via sa clé  Exemple : mémoire cache CARACTÉRISTIQUES D’UNE MÉMOIRE
  13. 13. 13  Il existe deux grandes familles:  Mémoires vives : RAM (Random Access Memory)  Mémoire accessible en lecture et écriture  Mémoire volatile interne.  Mémoires mortes : ROM (Read Only Memory)  Mémoire accessible en lecture (l’écriture est programmable)  Mémoire non volatile interne. TYPES DE MÉMOIRES
  14. 14. 14  Ce type de mémoire compose la mémoire centrale et les caches. Elle doit avoir ainsi un temps de cycle très court pour ne pas ralentir le microprocesseur.  Les mémoires des tous premiers ordinateurs étaient magnétiques. Les mémoires sont maintenant des composants électroniques à base de transistors.  Il existe deux types de mémoires qui se distinguent par leur technique de fabrication :  Mémoires statiques appelées SRAM pour Static RAM,  Mémoires dynamiques appelées DRAM pour Dymanic RAM. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (RAM)
  15. 15. 15  Le bit mémoire d'une SRAM est composé d'une bascule (généralement bascule D). Chaque bascule contient entre 4 et 6 transistors. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (SRAM)
  16. 16. 16  Dans les DRAMs, l'information est mémorisée sous la forme d'une charge électrique stockée dans un condensateur, en plus d’un transistor de commande. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (DRAM)
  17. 17. 17  Avantages : Cette technique permet une plus grande densité d'intégration, car un point mémoire nécessite environ quatre fois moins de transistors que dans une mémoire statique. Sa consommation s’en retrouve donc aussi très réduite. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (DRAM)
  18. 18. 18  Inconvénients : 1. Rafraîchissement:  La présence de courants de fuite dans le condensateur contribue à sa décharge.  Ainsi, l’information est perdue si on ne la régénère pas périodiquement (charge du condensateur).  Les RAM dynamiques doivent donc être rafraîchies régulièrement pour entretenir la mémorisation : il s'agit de lire l'information et de la recharger. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (DRAM)
  19. 19. 19  Inconvénients : 1. Rafraîchissement:  Ce rafraîchissement indispensable a plusieurs conséquences :  il complique la gestion des mémoires dynamiques car il faut tenir compte des actions de rafraîchissement qui sont prioritaires.  la durée de ces actions augmente le temps d'accès aux informations. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (DRAM)
  20. 20. 20  Inconvénients : 1. Rafraîchissement 2. Réécriture: la lecture de l’information est destructive. En effet, elle se fait par décharge de la capacité du point mémoire lorsque celle-ci est chargée. Donc toute lecture doit être suivie d’une réécriture. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (DRAM)
  21. 21. 21  Comme son coût est moindre et que sa densité d’intégration est supérieure, la mémoire dynamique est utilisée pour la mémoire principale de l’ordinateur. Par contre, la mémoire statique est utilisée pour les caches en raison de sa plus grande vitesse. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (SRAM VS DRAM)
  22. 22. 22  Il existe deux types principaux de mémoire dynamique qui se distinguent par leur façon de communiquer avec le processeur:  Les mémoires dynamiques asynchrone  Les mémoires dynamiques synchrones, appelées SDRAM pour Synchronous Dymanic RAM. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (TYPES DRAM)
  23. 23. 23  Lorsque le processeur lit une donnée dans une mémoire asynchrone, celui-ci lui envoie l’adresse puis attend que celle-ci lui retourne la donnée à cette adresse.  Plusieurs cycles horloge peuvent s’écouler avant que la donnée ne parvienne au processeur.  Après réception de la donnée, le processeur peut à nouveau demander une autre donnée à la mémoire.  À chaque requête à la mémoire, le processeur reste inactif en attendant que la donnée n’arrive. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (DRAM ASYNCHRONE)
  24. 24. 24  Dans le cas de mémoire synchrone, le processeur peut envoyer à la mémoire une nouvelle requête de lecture ou d’écriture avant que celle-ci n’ait fini de traiter la première requête.  Les demandes successives sont alors exécutées séquentiellement par la mémoire.  Chaque requête est reçue pendant un cycle d’horloge et les données sont délivrées quelques cycles d’horloge plus tard.  Le nombre de cycles d’horloge entre la requête et la donnée est fixe. Ainsi, le processeur peut déterminer à quelle requête correspond chaque donnée. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (SDRAM)
  25. 25. 25  Le principe de fonctionnement d’une mémoire synchrone est identique au pipeline utilisé pour réaliser un processeur:  La mémoire est organisée comme une chaîne où sont traitées les requêtes.  La mémoire traite simultanément plusieurs requêtes qui se trouvent à des étapes différentes de la chaîne.  Le traitement d’une seule requête prend plusieurs cycles d’horloge mais une requête est traitée à chaque cycle. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (SDRAM)
  26. 26. 26  Parmi les mémoires synchrones, on distingue encore plusieurs variantes:  SDR SDRAM pour Single Data Rate SDRAM qui reçoivent une requête à chaque cycle d’horloge.  DDR SDRAM pour Double Data Rate DRAM qui permettent de doubler le débit de données entre le processeur et la mémoire. Une requête est encore traitée à chaque cycle d’horloge mais chaque requête concerne deux mots consécutifs en mémoire. Le premier mot est transmis sur le front montant du signal d’horloge alors que le second est transmis sur front descendant du signal d’horloge. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (SDRAM)
  27. 27. 27  Parmi les mémoires synchrones, on distingue encore plusieurs variantes:  SDR SDRAM pour Single Data Rate SDRAM qui reçoivent une requête à chaque cycle d’horloge.  DDR SDRAM pour Double Data Rate DRAM qui permettent de doubler le débit de données entre le processeur et la mémoire.  DDR2 SDRAM doublent encore le débit de données en traitant quatre mots consécutifs en mémoire à chaque requête. TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES VIVES (SDRAM)
  28. 28. 28 TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES MORTES  Pour certaines applications, il est nécessaire de pouvoir conserver des informations de façon permanente même lorsque l'alimentation électrique est interrompue.  On utilise alors des mémoires non volatiles appelées mémoires mortes ou mémoires à lecture seule (ROM : Read Only Memory).  Ces mémoires, contrairement aux RAM, ne peuvent être que lue. L’inscription (ou écriture) en mémoire des données restent possible mais est appelée programmation.  ROM (classique) est programmée par le fabricant et son contenu ne peut plus être ni modifié, ni effacé par l'utilisateur.
  29. 29. 29 TYPES DE MÉMOIRES ROM (CLASSIQUE)  Cette mémoire est composée d'une matrice dont la programmation s’effectue en reliant les lignes aux colonnes par des diodes. L'adresse permet de sélectionner une ligne de la matrice et les données sont alors reçues sur les colonnes (le nombre de colonnes fixant la taille des mots mémoire). Décodeur
  30. 30. 30 TYPES DE MÉMOIRES ROM (CLASSIQUE)  Pour la programmation d’un ROM, l'utilisateur doit fournir au constructeur un masque indiquant les emplacements des diode dans matrice.  Exemple: Utiliser une ROM pour réaliser un additionneur complet de deux nombres d’un bit chacun (la présence d’une diode « bit à 0 » est schématisée par un segment reliant le fil de mot au fil de bit)
  31. 31. 31 TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES MORTES  PROM (Programmable ROM) est une ROM qui peut être programmée une seule fois par l'utilisateur. Les liaisons à diodes de la ROM sont remplacées par des fusibles pouvant être détruits ou des jonctions pouvant être court-circuitées.  EPROM (Erasable Programmable ROM) ou UV-EPROM est une PROM qui peut être effacée par Ultra Violet (UV).  Suivant la méthode de programmation, plusieurs types de ROM existent:
  32. 32. 32 TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES MORTES  PROM (Programmable ROM)  EPROM (Erasable Programmable ROM)  EEPROM (Electrically EPROM) est une mémoire programmable et effaçable être effacée par un simple courant électrique. Elle utilise 2 à 3 transistors pour mémoriser un bit.  FLASH EPROM est une EEPROM qui utilise qu’un seul transistor pour mémoriser un bit.  Suivant la méthode de programmation, plusieurs types de ROM existent:
  33. 33. 33 TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES MORTES  Actuellement, les mémoires EEPROM et Flash sont le plus souvent utilisées.  Les EEPROM, servent à mémoriser des données de configuration, qu’on modifie rarement, tel que:  Chargeur d’amorce: qui est un programme permettant de charger le système d’exploitation en mémoire vive et de le lancer.  POST (Power-On Self Test) est un programme exécuté automatiquement à l’amorçage du système permettant de faire un test du système .  Setup CMOS: est l’écran disponible à l’allumage de l’ordinateur permettant de modifier les paramètres du système;  BIOS: est un programme permettant de piloter les interfaces d’entrée/sortie d’un ordinateur.
  34. 34. 34 TYPES DE MÉMOIRES MÉMOIRES MORTES On rencontre la mémoire Flash dans:  Clés USB  Baladeurs mp3  Téléphones cellulaires  Assistants personnels (PDA)  Ordinateurs portables  Appareils photos numériques  Les Flash sont utilisées pour mémoriser les données de programme.
  35. 35. 35 TYPES DE MÉMOIRES CRITÈRES DE CHOIX D’UNE MÉMOIRE  Capacité  Vitesse  Consommation  Coût
  36. 36. 36  L’ordinateur contient différents niveaux de mémoire, organisés selon une hiérarchie mémoire: HIÉRARCHIE MÉMOIRE
  37. 37. 37 HIÉRARCHIE MÉMOIRE  L’ordinateur contient différents niveaux de mémoire, organisés selon une hiérarchie mémoire:
  38. 38. 38 HIÉRARCHIE MÉMOIRE 1. Les registres sont les éléments de mémoire les plus rapides. Ils sont situés au niveau du processeur et servent au stockage des opérandes et des résultats intermédiaires. 2. La mémoire cache est une mémoire rapide de faible capacité destinée à accélérer l’accès à la mémoire centrale en stockant les données les plus utilisées. 3. La mémoire centrale (ou principale) est l’organe principal de rangement des informations. Elle contient les programmes (instructions et données) et est plus lente que les deux mémoires précédentes. 4. La mémoire de masse est une mémoire périphérique de grande capacité utilisée pour le stockage permanent ou la sauvegarde des informations. Elle utilise pour cela des supports magnétiques (disque dur, ZIP) ou optiques (CDROM, DVDROM).
  39. 39. 39 MÉMOIRE CENTRALE
  40. 40. 40 MÉMOIRE CENTRALE ECRITURE
  41. 41. 41 MÉMOIRE CENTRALE ECRITURE
  42. 42. 42 MÉMOIRE CENTRALE ECRITURE
  43. 43. 43 MÉMOIRE CENTRALE COUPLAGE  La plupart des mémoires utilisées dans les ordinateurs sont des mémoires 1 bit.  Pour obtenir une mémoire dont chaque mot est sur m bits (m est de puissance 2), il est nécessaire d’assembler m boîtiers. Ceux-ci sont mis en parallèle dans la mesure où ils reçoivent tous la même adresse. Par contre, chacun des boîtiers reçoit une seule ligne du bus de donnée.
  44. 44. 44 MÉMOIRE CENTRALE AUGMENTATION DE LA TAILLE  Exercice: Construire une mémoire 212 × 8 bits avec des boitier de 1 Ko (210 × 8 bits)
  45. 45. 45 MÉMOIRE CENTRALE AUGMENTATION DE LA TAILLE  Pour construire une mémoire ayant 2k’ mots avec des boîtiers mémoire 2 k mots, il faut utiliser 2k’-k boîtiers.  Les k’ bits d’adresses sont alors distribués de la manière suivante:  Les k bits de poids faibles A0 à Ak-1 sont envoyés sur tous les boîtiers.  Les k’-k bits de poids fort Ak à Ak’-1 arrivent sur un décodeur permettant de sélectionner un seul des 2k’-k boîtiers mémoire.  Tous les bits du bus de données sont reliés à chacun des boîtiers. Ceci est possible aussi bien en lecture qu’en écriture car les entrée/sorties des boîtiers sont dans un état dit haute impédance lorsque le circuit n’est pas sélectionné.
  46. 46. 46 MÉMOIRE CENTRALE CONCEPTION  Exercice: Construire une mémoire 8 Kilo mots mémoires (un mot mémoire est sur 4 octets) avec des boitier de 1 Ko.
  47. 47. 47 MÉMOIRE CENTRALE FORMAT DES COMPOSANTS  Il existe de nombreux types de mémoires centrale (DRAM): DRAM asynchrone, SDRAM, SDR-SDRAM, DDR-SDRAM, DDR2-SDRAM, DDR3-SDRAM, ….. Celles-ci se présentent toutes sous la forme de barrettes de mémoire enfichables sur la carte-mère.  On distingue habituellement deux formats de barrettes :  Le format SIMM (Single In-line Memory Modules) fonctionne sur un bus de données de 32 bits. Dans une machine ayant un bus de 64, les modules mémoires SIMM seront obligatoirement montés par groupe de deux. La barrette comporte 72 broches.
  48. 48. 48 MÉMOIRE CENTRALE FORMAT DES COMPOSANTS  On distingue habituellement deux formats de barrettes :  Le format SIMM (Single In-line Memory Modules) fonctionne sur un bus de données de 32 bits. Dans une machine ayant un bus de 64, les modules mémoires SIMM seront obligatoirement montés par groupe de deux. La barrette comporte 72 broches..  Le format DIMM (Dual In-line Memory Modules) fonctionne sur un bus de données de 64 bits. La machine ayant un bus de 64 bits, les modules mémoires DIMM peuvent être un un par un. La barrette comporte 168 broches.
  49. 49. 49 MÉMOIRE CACHE PROBLÈME POSÉ  L’écart de performance entre le microprocesseur et la mémoire ne cesse de s’accroître.  En effet, les composants mémoire bénéficient des mêmes progrès technologique que les microprocesseurs mais le décodage des adresses et la lecture/écriture d’une données sont des étapes difficiles à accélérer.
  50. 50. 50 MÉMOIRE CACHE PROBLÈME POSÉ  Ainsi, le temps de cycle processeur décroît plus vite que le temps d’accès mémoire entraînant un goulot d’étranglement.  La mémoire n'est plus en mesure de délivrer des informations aussi rapidement que le processeur est capable de les traiter.  Il existe donc une latence d’accès entre ces deux organes.
  51. 51. 51 MÉMOIRE CACHE SOLUTION APPORTÉE  Depuis le début des années 80, une des solutions utilisées pour masquer cette latence est de disposer une mémoire très rapide entre le microprocesseur et la mémoire, appelée mémoire cache.  Cette mémoire permet ainsi au processeur d’acquérir les données à sa propre vitesse.  Elle est réalisée à partir de cellule SRAM de taille réduite (à cause du coût). Sa capacité mémoire est donc très inférieure à celle de la mémoire centrale et sa fonction est de stocker les informations les plus récentes ou les plus souvent utilisées par le processeur.  Au départ cette mémoire était intégrée en dehors du processeur mais elle fait maintenant partie intégrante du processeur et se décline même sur plusieurs niveaux.
  52. 52. 52 MÉMOIRE CACHE DÉFINITION La plus rapide La plus lente  La mémoire cache ou antémémoire est une mémoire rapide de faible capacité utilisée comme mémoire intermédiaire (tampon) entre le processeur et la mémoire centrale.
  53. 53. 53 MÉMOIRE CACHE FONCTIONNEMENT  Le cache contient des copies de informations (instructions ou données ) qui sont en mémoire centrale.  Avant tout accès à la mémoire, le processeur vérifie si les informations ne sont pas présentes dans le cache.  Auquel cas, le processeur utilise les informations contenues dans le cache et n’accède pas à la mémoire centrale. On parle alors de succès de cache.  Sinon, on parle de défaut de cache ou d’échec de cache (cache miss) dans le cas où il est nécessaire d’aller chercher les données en mémoire centrale.
  54. 54. 54 MÉMOIRE CACHE FONCTIONNEMENT  Bien entendu, la mémoire cache n’apporte un gain de performance que dans le premier cas (a). Sa performance est donc entièrement liée à son taux de succès. Il est courant de rencontrer des taux de succès moyen de l’ordre de 80 à 90%. ramener l’info dans la MC puis dans le cache (b)
  55. 55. 55 MÉMOIRE CACHE PRINCIPE DE LOCALITÉ  La mémoire cache est basée sur le principe de localité:  Spatiale : Lorsque le programme accède à une donnée ou à une instruction, il accèdera ensuite aux données ou instructions juste après (exemple : tableau).  Temporelle : Lorsque le programme accède à une donnée ou à une instruction, il y accèdera encore plusieurs fois à brèves échéances (exemple: boucle).
  56. 56. 56 MÉMOIRE CACHE PRINCIPE DE LOCALITÉ  Exemple: Est-ce que le morceau de code ci-dessous exhibe de bonnes caractéristiques de localité ? int SumVec (int *Vec, int N) { int i, sum = 0; for (i = 0; i < N; i++) sum += Vec[i]; return sum; }
  57. 57. 57 MÉMOIRE CACHE ORGANISATION  Le cache est organisé par lignes.  Chaque ligne de cache contient un ensemble de N mots mémoire contigus , appelé bloc de données  Un bloc de cache contient une portion de 4 à 512 octets des données.  À chaque bloc , une étiquette (tag en anglais) est associée. Alors, une adresse de mémoire-cache peut être scindée en deux parties : le numéro de bloc (étiquette) et l’adresse dans le bloc. Par exemple, pour une adresse de 32 bits: 23 à 30 bits 2 à 9 bits
  58. 58. 58 MÉMOIRE CACHE ORGANISATION B octets par bloc  Au moment du démarrage, le contenu de la cache est quelconque. Chaque ligne de la cache contient un bit de validité (valid bit): il est mis à 1 si le contenu de la ligne est valable.
  59. 59. 59 MÉMOIRE CACHE ORGANISATION  Exemple: Dans un cache dont les lignes font 64 octets, 1. Combien de lignes sont nécessaires dans un cache de 512 Ko? 2. Combien de bits sont utilisés pour déterminer l’octet dans la ligne de cache que pointe une adresse ? 3. Quel est l’adresse du premier mot dans la ligne de cache contenant l’adresse 0xBEE3DE72 ?
  60. 60. 60 MÉMOIRE CACHE LECTURE MOVIA R2, A LOAD D R1, (R2)
  61. 61. 61 MÉMOIRE CACHE LECTURE MOVIA R2, A LOAD D R1, (R2)
  62. 62. 62 MÉMOIRE CACHE LECTURE MOVIA R2, A LOAD D R1, (R2)
  63. 63. 63 MÉMOIRE CACHE LECTURE  Exemple: Dans un cache dont les lignes font 64 octets, Combien de temps faut-il pour charger (ou lire) une ligne de cache si la mémoire principale prend 20 cycles pour répondre à chaque requête mémoire et retourne 2 octets de données en réponse à chaque requête ?
  64. 64. 64 MÉMOIRE CACHE PERFORMANCE D’UNE LECTURE  Soient:  h la probabilité de succès  Tc le temps d’accès au cache  Tm le temps de lecture d’un bloc de mots en mémoire centrale  Alors Teff, le temps effectif pour accéder à une information égale à Teff= h ×Tc + (1 –h) ×(Tc + Tm)
  65. 65. 65 MÉMOIRE CACHE PERFORMANCE D’UNE LECTURE  Exemple: Dans un cache dont les lignes font 4 octets, compléter le tableau suivant:  Td est le temps d’accès à un mot (1 octet) en mémoire centrale H Tc Td Tm Teff 0,9 1 5 0,8 1 5 0,7 1 5
  66. 66. 66 MÉMOIRE CACHE ECRITURE MOVIA R2, A STORE D (R2), R1
  67. 67. 67 MÉMOIRE CACHE ECRITURE MOVIA R2, A STORE D (R2), R1
  68. 68. 68 MÉMOIRE CACHE ECRITURE MOVIA R2, A STORE D (R2), R1
  69. 69. 69 MÉMOIRE CACHE POLITIQUE D’ECRITURE MOVIA R2, A STORE D (R2), R1
  70. 70. 70 MÉMOIRE CACHE POLITIQUE D’ECRITURE MOVIA R2, A STORE D (R2), R1
  71. 71. 71 MÉMOIRE CACHE POLITIQUE D’ECRITURE Pour ne pas avoir à écrire des informations qui n'ont pas été modifiées (et ainsi éviter d'encombrer inutilement le bus), chaque ligne de la mémoire cache est pourvue d'un bit dirty. Lorsque la ligne est modifiée dans le cache, ce bit est positionné à 1, indiquant qu'il faudra réécrire la donnée dans la mémoire principale. MOVIA R2, A STORE D (R2), R1
  72. 72. 72 MÉMOIRE CACHE MÉCANISMES DE CORRESPONDANCE Mémoire principale
  73. 73. 73 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF  Le numéro de bloc est utilisé comme étiquette.  Les étiquettes sont stockées dans un répertoire en même temps que les données.  Un bloc de mots de la mémoire centrale est placé dans n'importe quelle entrée libre du cache.  Si le cache est plein, il faut libérer une ligne (algorithme de remplacement de ligne)
  74. 74. 74 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (LECTURE)
  75. 75. 75 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (LECTURE) MOVIA R2, 3Dh LOAD B R1, (R2)
  76. 76. 76 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (LECTURE) MOVIA R2, 3Dh LOAD B R1, (R2)
  77. 77. 77 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (LECTURE) MOVIA R2, 3Dh LOAD B R1, (R2)
  78. 78. 78 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (LECTURE) MOVIA R2, 3Dh LOAD B R1, (R2)
  79. 79. 79 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (LECTURE) MOVIA R2, 3Dh LOAD B R1, (R2)
  80. 80. 80 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (LECTURE) MOVIA R2, 3Dh LOAD B R1, (R2)
  81. 81. 81 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (POLITIQUES DE REMPLACEMENT)  Si le cache est plein, il faut libérer une entrée en utilisant un des algorithmes de remplacement de ligne suivant:  Aléatoire : une ligne au hasard  FIFO (First In First Out) : la ligne remplacée est la plus ancienne dans le cache  LRU (Least Recently Used) : la ligne remplacée est la moins récemment accédée  NMRU (Not Most Recently Used) : la ligne remplacée n’est pas la plus récemment utilisée
  82. 82. 82 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (POLITIQUES DE REMPLACEMENT)  Aléatoire : une ligne au hasard  Simple à mettre en œuvre  Peu efficace en pratique car on peut supprimer des lignes très accédées.  FIFO (First In First Out pour Premier entré Premier sorti) :  Idée: les informations trop vieilles dans le cache ne vont plus servir  Chaque ligne du cache contient sa date d’entrée, la plus vieille est remplacée par une ligne de la mémoire principale  Statistiquement : plus efficace que l’aléatoire  Défaut : une ligne référencée régulièrement est retirée du cache quand elle devient la plus vieille
  83. 83. 83 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (POLITIQUES DE REMPLACEMENT)  FIFO (First In First Out pour Premier entré Premier sorti) :
  84. 84. 84 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (POLITIQUES DE REMPLACEMENT)  LRU (Least Recently Used pour le moins récemment utilisé) :  Idée: l’important n’est pas l’ancienneté mais l’ancienneté d’utilisation  On associe à chaque ligne la date de dernière utilisation  On extrait la ligne la moins récemment accédée ou utilisée  Statistiquement : le plus efficace  Inconvénient : complexité accrue (modification de la date à chaque accès)
  85. 85. 85 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (POLITIQUES DE REMPLACEMENT)  LRU (Least Recently Used pour le moins récemment utilisé)
  86. 86. 86 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (POLITIQUES DE REMPLACEMENT)
  87. 87. 87 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF (LECTURE) NMRU ou
  88. 88. 88 MÉMOIRE CACHE ASSOCIATIF  Avantage:  Très souple et efficace pour gérer les lignes de manière optimale en terme de succès d’accès: de l’ordre de 90 à 95%.  Inconvénients:  Parcourir (au pire) toutes les lignes du cache pour savoir si la ligne cherchée s’y trouve ou pas  Coûteux et « encombrants » : un comparateur par ligne.  Complexe : politique de remplacement de ligne.
  89. 89. 89 MÉMOIRE CACHE DIRECT  Dans le cache associatif, le numéro de bloc est utilisé comme étiquette.  Dans le cache à accès direct, le champ « numéro de bloc » est scindé en deux parties : l’étiquette et l’index.
  90. 90. 90 MÉMOIRE CACHE DIRECT  L’index donne directement la position du bloc dans le cache
  91. 91. 91 MÉMOIRE CACHE DIRECT  Exemple: Dans un cache direct d’une capacité de 16 Ko dont les lignes font 32 octets, combien de bits sont utilisés pour déterminer l’octet qu’une opération mémoire référence dans une ligne de cache et combien de bits sont utilisés pour sélectionner la ligne dans le cache qui pourrait contenir les données ?
  92. 92. 92 MÉMOIRE CACHE DIRECT MOVIA R2, EFh LOAD B R1, (R2) MOVIA R3, 3Dh LOAD B R4, (R3)
  93. 93. 93 MÉMOIRE CACHE DIRECT MOVIA R2, FFh LOAD B R1, (R2) MOVIA R3, 3Dh LOAD B R4, (R3)
  94. 94. 94 MÉMOIRE CACHE DIRECT MOVIA R2, FFh LOAD B R1, (R2) MOVIA R3, 3Dh LOAD B R4, (R3)
  95. 95. 95 MÉMOIRE CACHE DIRECT (LECTURE)
  96. 96. 96 MÉMOIRE CACHE DIRECT (LECTURE) MOVIA R3, 3Dh LOAD B R4, (R3)
  97. 97. 97 MÉMOIRE CACHE DIRECT (LECTURE) MOVIA R3, 3Dh LOAD B R4, (R3)
  98. 98. 98 MÉMOIRE CACHE DIRECT (LECTURE) MOVIA R3, 3Dh LOAD B R4, (R3)
  99. 99. 99 MÉMOIRE CACHE DIRECT (LECTURE) MOVIA R3, 3Dh LOAD B R4, (R3)
  100. 100. 100 MÉMOIRE CACHE DIRECT (LECTURE)
  101. 101. 101 MÉMOIRE CACHE DIRECT  Avantages:  On sait immédiatement où aller chercher un bloc.  Accès très rapide au bloc (latence d’un cycle d’horloge)  Inconvénients:  Performance moindre due aux conflits de ligne : plusieurs blocs de mots (ceux de même étiquette) se partagent une même entrée.  Peu efficace en pratique: taux de succès entre 60 et 80 %
  102. 102. 102 MÉMOIRE CACHE MIXTE  Le cache mixte, appelé aussi cache associatif par ensemble de blocs est un compromis entre le cache purement associatif et le cache à correspondance directe:  Le choix d’un ensemble est associatif.  Cependant, chaque ensemble est géré comme dans le cache à correspondance direct.
  103. 103. 103 MÉMOIRE CACHE MIXTE  Les données peuvent être rangées dans n’importe quelle ensemble (associatif)  Par contre, l’index indique la ligne à laquelle on stocke la donnée (correspondance directe)
  104. 104. 104 MÉMOIRE CACHE MIXTE  Pour la lecture du bloc ci dessous, on compare son étiquette (0000000001000000100000) avec l’étiquette des lignes d’index 01000010 (= (66)10) dans chaque ensemble:  Si le bloc est trouvé dans un ensemble donné alors l’octet d’adresse 00 (premier octet) va être chargé dans le processeur.
  105. 105. 105 MÉMOIRE CACHE MIXTE  Si le bloc recherché n’est pas trouvé, on distingue deux cas: 1. Cache non plein alors charger le bloc dans n’importe quel ensemble qui contient une ligne inoccupée (son bit de validité est à 0) 2. Cache plein (toute les lignes sont occupées) alors choisir un ensemble selon une politique donnée (aléatoire, FIFO, LRU, NMRU) dans lequel on va remplacer une ligne par le bloc demandé.
  106. 106. 106 MÉMOIRE CACHE MIXTE  Solution intermédiaire en terme de coût et d’encombrement  Complexité : Politique de remplacement de ligne.  Performance intermédiaire : les différents ensembles du cache permettent de réduire le nombre d’échecs par collision.  Méthode utilisée en pratique car meilleur compromis  Taux de succès : 80% à 90%
  107. 107. 107 MÉMOIRE CACHE TYPE DE FAUTE DE CACHE  Les défauts (ou échecs) de cache sont de différents types, qui ont des impacts variables sur la performance et le comportement de la cache:  Les défauts obligatoires.  Les défauts de capacité.  Les défauts de conflits.
  108. 108. 108 MÉMOIRE CACHE TYPE DE FAUTE DE CACHE  Les défauts obligatoires surviennent lorsque la cache est initialement vide et les premiers accès exigent obligatoirement la copie des blocs. La performance au démarrage est affectée, mais se résorbe lorsque la cache est "réchauffée"; elles n’ont donc pas beaucoup de conséquences sur la performance du cache.
  109. 109. 109 MÉMOIRE CACHE TYPE DE FAUTE DE CACHE  Les défauts de capacité surviennent lorsque la quantité de données référencée par un programme excède la capacité du cache, en conséquence de quoi certaines données doivent être remplacées pour faire de la place aux nouvelles.
  110. 110. 110 MÉMOIRE CACHE TYPE DE FAUTE DE CACHE  Les défauts de conflit surviennent lorsqu’un programme référence des lignes mappées sur le même ensemble du cache et dont le nombre est supérieur au degré d’associativité du cache. Dans ce cas, le cache est contraint de remplacer une ligne pour faire de la place. Ces échecs peuvent être réduits, soit en augmentant le degré d’associativité, soit en augmentant la capacité.
  111. 111. 111 MÉMOIRE CACHE ORGANISATION EN NIVEAUX  Les mémoires caches sont organisés en plusieurs niveaux: caches multi-niveaux  Cache du niveau Li+1 joue le rôle de cache pour le niveau Li  Cache Li+1 plus grand que Li mais moins rapide en temps d’accès aux donnés  En général, deux niveaux de cache: L1 et L2.  Les caches du niveau L1 sont divisés en 2 parties Instructions/Données
  112. 112. 112 MÉMOIRE CACHE ORGANISATION EN NIVEAUX Mémoire Centrale
  113. 113. 113 MÉMOIRE CACHE ORGANISATION EN NIVEAUX  Relation entre les niveaux de cache:  Cache inclusif  Le contenu du niveau L1 se trouve aussi dans L2  Taille globale du cache : celle du cache L2  Cache exclusif  Le contenu des niveaux L1 et L2 sont différents  Taille globale du cache : taille L1 + taille L2
  114. 114. 114 MÉMOIRE CACHE ORGANISATION EN NIVEAUX MP
  115. 115. 115 MÉMOIRE CACHE EXERCICES  Exercice 1: Associativité et ensembles  Si un cache possède une capacité de 16 Ko et une longueur de ligne de 128 octets, quelle est la taille de chaque ensemble si le cache est associatif par 2, 4 ou 8 ensemble?
  116. 116. 116 MÉMOIRE CACHE EXERCICES  Exercice 2: Taille du tableau d’étiquettes  Un cache possède une capacité de 64 Ko, des lignes de 128 octets et un degré d’associativité de 4. Le système contenant le cache utilise des adresses de 32 bits. 1. Combien de lignes possède le cache ? 2. Combien de lignes possède chaque ensemble ? 3. Combien d’entrées sont requises dans le tableau d’étiquettes ? 4. Combien de bits d’étiquette sont requis pour chaque entrée dans le tableau d’étiquettes ?
  117. 117. 117 MÉMOIRE CACHE EXERCICES  Exercice 2: Taille du tableau d’étiquettes  Si le cache est de type write-through (écriture immédiate), combien de bits sont requis pour chaque entrée du tableau d’étiquettes et quelle quantité de mémoire totale est requise pour le tableau dans le cas d’une politique de remplacement LRU dont la date de la dernière utilisation est sur m bits? Qu’en serait-il s’il s’agissait d’un cache write-back (écriture différée)?
  118. 118. 118 MÉMOIRE CACHE EXERCICES  Exercice 2: Taille du tableau d’étiquettes  Supposant que le cache est vide, indiquer l’état du tableau d’étiquette si le processeur demande la lecture des mots mémoires suivants:  0xABC89987  0x32651987  0x228945DB  0x48569CAC
  119. 119. 119 MÉMOIRES DE MASSE  Une mémoire de masse (appelée aussi mémoire secondaire ou auxiliaire) est une mémoire non volatile de grande capacité de stockage qui peut être lue et écrite par l’utilisateur.  Selon les technologies utilisées, on distingue les mémoires de masse:  magnétiques (disquette, disque dur, …)  optiques (CD, DVD, Blue-ray…)  à semi-conducteurs (Flash Disk, carte mémoire…)
  120. 120. 120 MÉMOIRES DE MASSE DISQUES MAGNÉTIQUES  Ils sont constitués d'une surface rigide recouverte d'un revêtement magnétique. L'information y est écrite par polarisation magnétique et y est lue par détection de cette polarisation au moyen d’une tête de lecture / écriture.  La tête de lecture/écriture flotte au-dessus de la surface du disque par un effet de coussin d'air dû à la vitesse de rotation du disque.
  121. 121. 121 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR  Le disque dur est l'un des éléments vitaux de l’ordinateur servant à conserver les données de manière permanente, contrairement à la mémoire vive, qui s'efface à chaque redémarrage de l'ordinateur.  Il est composé de multiples éléments à la fois mécaniques et électroniques.
  122. 122. 122 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (STRUCTURE)  Partie Mécanique:  Un disque dur est constitué de plusieurs disques rigides en métal, verre ou en céramique empilés les uns sur les autres avec une très faible distance d'écart.  Grâce à un moteur électrique (spindle motor), les plateaux tournent autour d'un axe rotatif (entre 4000 et 15000 tours par minute) dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
  123. 123. 123 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (STRUCTURE)  Partie Mécanique:  La lecture et l'écriture des données se font grâce à des têtes de lecture/écriture situées sur chacun des plateaux et fixées sur un axe. Ces têtes de lecture/écriture sont pilotées par un bras (actuator) entrainé par un second moteur. Leur mouvement en pivot leur permet de balayer toute la surface des disques.
  124. 124. 124 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (STRUCTURE)  Partie Electronique:  Les données sont stockés sur le disque dur sous forme analogique sur une fine couche magnétique de quelques microns d'épaisseur recouverte d'un film protecteur. Un DSP (Digital Signal Processor) se charge de la conversion des données analogiques en données numériques (sous forme binaire de 0 et de 1).
  125. 125. 125 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (STRUCTURE)  Partie Electronique:  L’interface (ou contrôleur) est chargé de faire la relation entre la carte mère et le disque dur. Il en existe aujourd’hui de 3 sortes :  PATA (Parallel ATA): est utilisée depuis longtemps et permet de relier jusqu'à 2 disques durs qui devront être configuré en maitre/esclave à l’aide de cavaliers (jumper).
  126. 126. 126 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (STRUCTURE)  Partie Electronique:  L’interface (ou contrôleur) est chargé de faire la relation entre la carte mère et le disque dur. Il en existe aujourd’hui de 3 sortes :  SATA (Serial ATA): Disponible depuis 2003, cette technologie utilise des connecteurs différents et ne nécessite pas de configuration particulière. Il est même possible de connecter/déconnecter un élément SATA sous tension.
  127. 127. 127 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (STRUCTURE)  Partie Electronique:  L’interface (ou contrôleur) est chargé de faire la relation entre la carte mère et le disque dur. Il en existe aujourd’hui de 3 sortes :  SCSI (Small Computer System Interface): Très performants, permet la connexion de plusieurs périphériques de types différents sur un ordinateur. Elle est très coûteux et nécessitent l'achat d'une carte contrôleur supplémentaire. La technologie SCSI est donc réservée au domaine professionnel.
  128. 128. 128 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (ORGANISATION)  Un disque dur est organisé en secteurs, pistes, plateaux et cylindres : Plateaux
  129. 129. 129 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (ORGANISATION)  Un disque dur est organisé en secteurs, pistes, plateaux et cylindres :  un secteur est la plus petite unité d'allocation mémoire sur un disque dur, il fait généralement 512 octets,  une piste est l'ensemble des secteurs disposés en cercle sur une face de plateau, 16
  130. 130. 130 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (ORGANISATION)  Un disque dur est organisé en secteurs, pistes, plateaux et cylindres :  un plateau est l’ensemble des pistes sur une surface d’un disque physique. Chaque plateau possède une tête de lecture/écriture.  un cylindre est l'ensemble des mêmes pistes de tous les plateaux.
  131. 131. 131 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (CAPACITÉ)  Soient  NC: nombre de cylindre ou nombre de piste par plateau  NT: nombre de tête  NS: nombre de secteur par piste  Alors  Nombre de secteur du disque = NT x NC x NS  Taille du disque = nombre_secteur_disque x taille_secteur 16
  132. 132. 132 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (ADRESSAGE)  On peut adresser un secteur de deux manières :  Par son adresse physique CHS (Cylinder, Head, Sector) qui détermine la position du secteur S dans le cylindre ou piste C du plateau H.  Par son adresse logique ou LBA, Logical Block Address) qui détermine le numéro du secteur pris dans l’intervalle [ 0 ... N [ où N est le nombre total de secteurs adressables sur le disque dur.
  133. 133. 133 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (ADRESSAGE)  On peut convertir les adresses logiques (LBA) en adresses physiques (CHS) et vise versa à condition de connaître la géométrie du disque (NT, NS).  @CHS= (NC, NH, NS) est équivalent à @LBA suivante: @LBA = (N C x NT + N H) x NS + N S - 1 16
  134. 134. 134 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (FONCTIONNEMENT)  Les requêtes Entrée/Sortie (E/S) sur un disque dur sont effectuées sur des blocs localisés sur un ou plusieurs secteurs.  Pour traiter des telles requêtes, le disque localise d’abord les secteurs demandés, ensuite accède à chacun de ces secteurs.  Afin d’accéder à un secteur S sur la tête H de cylindre C, le disque : 1. Déplacer le bras porteur vers cylindre C 2. Attendre passage du secteur S sous la tête H
  135. 135. 135 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (FONCTIONNEMENT)  Le driver disque est chargé de trier les requêtes d'E/S pour optimiser les performances du disque (débit, délais d'attente moyen, …).  Plusieurs politiques de tri de requêtes existent: 1. FIFO (First In First Out) « premier arrivé, premier servi » où les requêtes sont traitées dans l’ordre d'arrivée • + mise en œuvre simple • - temps d'attente moyen long (trajet du bras non minimal)
  136. 136. 136 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (FONCTIONNEMENT)  Plusieurs politiques de tri de requêtes existent: 1. FIFO (First In First Out) 2. SSTF (Shortest Seek Time First) « Plus proche d'abord » qui sert d’abord la requête la plus proche de la position courante de la tête • + bon débit, temps d'attente moyen < FIFO • - risque de privation des requêtes pour pistes extrêmes
  137. 137. 137 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (FONCTIONNEMENT)  Plusieurs politiques de tri de requêtes existent: 1. FIFO (First In First Out) 2. SSTF (Shortest Seek Time First) 3. Scan « balayage» où le bras balaie tous les pistes dans un mouvement de va-et-vient. Ainsi, une requête est traitée lorsque la tête passe au dessus de la piste correspondante • + Évite déplacements de grande amplitude du bras de la méthode FIFO • + Élimine risque de privation de SSTF
  138. 138. 138 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (FONCTIONNEMENT)  Plusieurs politiques de tri de requêtes existent: 1. FIFO (First In First Out) 2. SSTF (Shortest Seek Time First) 3. Scan 4. C-Scan (Circular-Scan) où les pistes sont organisées circulairement (i.e. le suivant de la dernière piste est première piste). Ainsi, le bras balaie les pistes « en servant » les requêtes à l'aller, puis retour sans arrêt • + Uniformise la répartition des temps de services des requêtes
  139. 139. 139 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (CARACTÉRISTIQUES)  La performance d'un disque dur influe de manière importante sur la performance générale de l’ordinateur.  L'efficacité d'un disque dur est déterminée par un certain nombre de facteurs, à savoir : 1. Capacité: Inventé en 1956, le disque dur a fait l'objet d'évolutions de capacité et de performances considérables, tout en voyant son coût diminue Date 1956 1962 1982 1998 2005 2007 2009 2010 2011 2013 Capacité 5 Mo 28 Mo 1,02 Go 25 Go 500 Go 1 To 2 To 3 To 4 To 6 To
  140. 140. 140 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (CARACTÉRISTIQUES) 1. Capacité (aujourd’hui jusqu’à 6 To) 2. Format:  3,5 pouces est la taille standard depuis de nombreuses années ;  2,5 pouces pour les ordinateurs portables à l’origine  1,8 pouce pour les baladeurs numériques, les ordinateurs ultraportables, certains disques durs externes.
  141. 141. 141 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (CARACTÉRISTIQUES) 1. Capacité (aujourd’hui jusqu’à 6 To) 2. Format (la taille standard est 3,5 pouces) 3. Interface (PATA, SATA, SCSI, …) 4. Vitesse de rotation, exprimée en tours/minute, détermine la vitesse à laquelle les plateaux tournent. Plus la vitesse de rotation d'un disque est élevée meilleur est le débit du disque. En revanche, un disque possédant une vitesse de rotation élevé est généralement plus bruyant et chauffe plus facilement. PC portable PC bureau Serveurs 5400 7200 15000
  142. 142. 142 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (CARACTÉRISTIQUES) 1. Capacité (aujourd’hui jusqu’à 6 To) 2. Format (la taille standard est 3,5 pouces) 3. Interface (PATA, SATA, SCSI, …) 4. Vitesse de rotation (de 5400 à 15000 tours/min) 5. Temps d'accès représente la durée moyenne d’attente une fois sur la bonne piste. Autrement dit, c’est le temps moyen entre la demande de lecture d’un secteur et la mise à disposition du résultat sur l’interface.
  143. 143. 143 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (CARACTÉRISTIQUES) 1. Capacité (aujourd’hui jusqu’à 6 To) 2. Format (la taille standard est 3,5 pouces) 3. Interface (PATA, SATA, SCSI, …) 4. Vitesse de rotation (de 5400 à 15000 tours/min) 5. Temps d'accès (de 3 à 15 ms) 6. Taux de transfert est la quantité de données pouvant être lues ou écrites sur le disque par unité de temps. Il est généralement décrit en Mo/sec et dépend de l’interface. PATA SATA SCSI 100 à 133 150 à 300 Jusqu’à 640
  144. 144. 144 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (CARACTÉRISTIQUES) 1. Capacité (aujourd’hui jusqu’à 6 To) 2. Format (la taille standard est 3,5 pouces) 3. Interface (PATA, SATA, SCSI, …) 4. Vitesse de rotation (de 5400 à 15000 tours/min) 5. Temps d'accès (de 3 à 15 ms) 6. Taux de transfert 7. Mémoire Tampon: permet au disque dur de travailler encore plus rapidement et surtout, plus confortablement. Ceci s'explique par le fait que les informations devant être écrites sont stockées temporairement sur cette mémoire. De même, lorsque le disque dur effectue un travail de lecture, des informations peuvent y être stockées lorsque celles-ci risquent d'être de nouveau utilisées. Ainsi, la tête de lecture (élément plus lent) s'épargne du travail.
  145. 145. 145 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (SÉCURITÉ)  La fiabilité des disques durs est testée en permanence, le protocole prévu pour renseigner le contrôleur et par extension la carte mère puis le système d’exploitation de l'état de santé d'un disque dur s'appelle SMART (Self- Monitoring, Analysis, and Reporting Technology):  Avec ce système, un disque dur doit prévenir l'utilisateur au moins 72 heures avant la panne, et même éventuellement lancer une procédure de sauvegarde de son contenu. Il y a contrôle des performances de lecture et écriture du disque dur avec déclenchement d'une alarme dès que les valeurs se dégradent.
  146. 146. 146 MÉMOIRES DE MASSE DISQUE DUR (SÉCURITÉ)  La fiabilité des disques durs est mesurée par l’indice MTBF (Mean Time Between Failures). Il est calculé en faisant vieillir de façon accéléré le disque dur (tension d'alimentation anormale). Plus le MTBF est élevé, plus le disque dur est fiable.  La durée de vie d’un disque dur est d’environ 4 à 5 ans. Evidemment, il peut durer beaucoup plus longtemps selon les conditions d’utilisation.
  147. 147. 147 MÉMOIRES DE MASSE DISQUES OPTIQUES  Les disques optiques (CD, DVD et Blue-Ray) sont des supports de données numériques utilisant la technologie du laser pour la lecture et l’écriture.
  148. 148. 148 MÉMOIRES DE MASSE DISQUES OPTIQUES (CD)  Le Compact Disc (CD) a été inventé par Sony et Philips en 1981 dans le but de fournir un support audio et vidéo de haute qualité. En 1984, les spécifications techniques du CD ont été étendues afin de permettre le stockage de données  CD contient une seule piste principale gravée en spirale  Le principe de lecture/écriture utilise un rayon laser infrarouge d'une longueur d'onde de 780 nm.  CD est capable de stocker 650 ou 700 Mo de données et 74 ou 80 min de musique.  Le taux de transfert d'un CD est de 150 ko/s.  Plusieurs techniques existent : CD-ROM, CD-R, CD-RW.
  149. 149. 149 MÉMOIRES DE MASSE DISQUES OPTIQUES (DVD)  Le DVD (Digital Versatile Disk), apparu en 1997, est principalement dédié à la vidéo.  Son format est le même que celui du CD mais il utilise un laser rouge (650 et 635 nm) ce qui autorise une plus grande finesse lors de la gravure (et donc de la lecture).  Son taux de transfert est de l'ordre de 10 Mbits/s.  Il existe 3 types de DVD réinscriptibles et incompatibles : DVD-R (2,6 Go), DVD-RAM de Toshiba et Matsushita (3,95 à 4,7 Go), DRD-RW de Sony, Philips et HP (4,7 Go)
  150. 150. 150 MÉMOIRES DE MASSE DISQUES OPTIQUES (BLUE-RAY)  Le Blue-Ray est une nouvelle technologie optique apparue avec l'introduction de la TV haute définition (HDTV). En effet, 2h de TV HD demandent 22 Go d'espace de stockage, donc la capacité de stockage des DVD devient insuffisante.  Cette technologie a été développée à partir de 2002 par un consortium constitué d'Apple, Dell, Hitahi, HP, Sony, Pioneer, Panasonic, Sharp, Samsung, Philips, TDK, Thomson.  Le média de stockage est toujours un disque optique de 12cm de diamètre, similaire aux CD/DVD, mais utilisant un laser bleu violet de 405 nm et permettant de stocker 27 Go.
  151. 151. 151 MÉMOIRES DE MASSE DISQUES OPTIQUES
  152. 152. 152 MÉMOIRE DE MASSE EXERCICES  Exercice 3: Disque Dur  Soient les trois disques aux caractéristiques suivantes :  Pour chaque disque,  Calculer la capacité du cylindre, du plateau et du disque.  Calculer le débit maximum. Caractéristiques Disque 1 Disque 2 Disque 3 NT : Nombre des têtes 128 250 12 NC : Nombre des cylindres 1024 1020 2048 NS : Nombre de secteurs/piste 32 63 18 Taille d’un secteur (octets) 512 512 512 Vitesse de rotation (tours/min) 5400 7200 6000 Temps de déplacement moyen (ms) 9 8 20
  153. 153. 153 MÉMOIRE DE MASSE EXERCICES  Exercice 3: Disque Dur  Pour chaque disque,  Convertir les adresses physiques suivantes (CHS) aux adresses par bloc logique (LBA) CHS1 = (100, 2, 17) ; CHS2 = (101, 0, 1)  Déterminer la géométrie physique des adresses LBA suivantes : LBA1 = 187 ; LBA2 = 1000
  154. 154. 154 MÉMOIRE DE MASSE EXERCICES  Exercice 3: Disque Dur  Pour chaque disque,  Calculer le temps moyen d’accès de chaque disque (pour lire un secteur) sachant que  Temps (moyen) d’accès = Temps de déplacement moyen + Temps (moyen) de latence + Temps de lecture d’un secteur  Rappel : Le temps moyen d'accès du disque représente la durée moyenne d’attente une fois sur la bonne piste. Autrement dit, c’est le temps moyen entre la demande de lecture d’un secteur et la mise à disposition du résultat sur l’interface.
  155. 155. 155 MÉMOIRE DE MASSE EXERCICES  Exercice 3: Disque Dur  On suppose qu'on vient de lire le secteur d'adresse CHS1 = (100, 2, 17). On veut lire le secteur CHS2 = (101, 0, 1). a. Quel secteur du disque sera sous les têtes de lecture/écriture après le positionnement ? b. Quand le transfert pourra-t-il commencer ?
  156. 156. 156 MÉMOIRE DE MASSE EXERCICES  Exercice 3: Disque Dur  Un fichier de 1Mo est enregistré sur chacun de ces disques dans une zone continue à partir du cylindre 10, tête 0, secteur 1. Pour chaque disque, a. Calculer l'espace disque (nombre de pistes et secteurs) occupé par le fichier. b. Calculer le temps d'accès à tout le fichier.
  157. 157. SOURCES DE CE COURS  Bruno De Kelper, Mémoire-cache et optimisation, Disponible sur: https://cours.etsmtl.ca/ele784/cours/ELE784-Cours9-MemoireCache.pdf‎  Jean-Philippe PERNIN, La Mémoire centrale, Université Stendhal- Grenoble 3, 2009,  Hakim Amrouche, Chapitre 7 : Les mémoires, Cours ESI (Ecole nationale Supérieure d’Informatique), Disponible sur http://amrouche.esi.dz/doc/ch7_memoires.pdf  Smaïl NIAR, La Mémoire Centrale, Disponible sur www.univ- valenciennes.fr/ROI/niar/IUP2/ch6_memcentrale.ppt‎  Pascale Gomez Del Junco, Gilles LESCOT et Cédric Avril, LA MEMOIRE MORTE ou ROM (Read Only Memory).  Rachid Aoun, Caches, Extrait du livre SCHAUM'S, "Architecture de l'ordinateur", Nicolas P. Carter, Disponible sur documents.cofares.net/NSY104/007-Caches.pdf‎ 157
  158. 158. SOURCES DE CE COURS  Pierre Marchand, Unité 7: Mémoire centrale, 2001, Disponible sur www2.ift.ulaval.ca/~marchand/ift17583/Acetates/17583-Acetates06.pdf‎  Daniel Etiemble, Architectures des ordinateurs, Caches et mémoire virtuelle, 2003, Disponible sur https://www.lri.fr/~de/IFIPS-caches.pdf‎  Architecture de l’Ordinateur, Université Bordeaux 1, 2008, Disponible sur dept- info.labri.fr/ENSEIGNEMENT/archi/cours/cours8.pdf‎  T.Dumartin, Architecture des ordinateurs, Note de cours, 2005, Disponible sur www.geea.org/IMG/pdf/Cours_II.pdf‎  Sylvain MONTAGNY, Architecture des ordinateurs, Université de Savoie.  Joëlle Delacroix, Les mémoires de l’ordinateur , Le principe de hiérarchie mémoire : les caches, 2007, Disponible sur deptmedia.cnam.fr/new/spip.php?pdoc2745 158
  159. 159. SOURCES DE CE COURS  Ivan Boule, Principes des Caches Mémoire, Disponible sur deptinfo.cnam.fr/new/spip.php?pdoc7732?‎  Olivier Carton, Circuits et architecture des ordinateurs, Université Paris Diderot, pp. 139, 2012, Disponible sur www.liafa.jussieu.fr/~carton/Enseignement/Architecture/archi.pdf‎.  Tuyêt Trâm DANG NGOC, Administration système, Disques, partitions et système de fichiers, Université de Cergy-Pontoise, 2010, Disponible sur depinfo.u- cergy.fr/system/files/docs/docs/licence/cours-disque.pdf‎  Disque dur : historique, structure & fonctionnement, Disponible sur www.ontrack.fr/disque-dur/‎  Ivan Boule, Mémoires de Masse, 2008. Disponible sur deptmedia.cnam.fr/new/spip.php?pdoc3365‎  Jean Michel Richel, chapitre 4: Mémoire, Disponible sur http://www.info.univ- angers.fr/~richer/ensl3i_crs4.php  Marc Dalmau, Les Mémoires de Masse, IUT de BAYONNE, Cours IUT de Bayonne-Pays Basque.  Philippe Pannetier, Les mémoires de masse, 2010, Disponible sur www.ph-pa.org/cours/ig1/07- mémoires_de_masse.pdf‎ 159

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