Mémoire et stockage

Avec des adresses de 32 bits, un processeur peut désigner 4 294 967 296 octets, exactement 4 Gio. Coupe le courant et la RAM oublie tout.

« Mon ordinateur portable a 16 Go de mémoire, il peut donc contenir 16 Go de photos. » Cette phrase confond deux éléments différents, et la publicité de l'ordinateur montre elle-même pourquoi. Elle indique deux tailles, par exemple 16 Go de mémoire et 512 Go de stockage. La mémoire, ou RAM, contient les programmes et les données que le processeur utilise à l'instant. Le stockage, un SSD ou un disque dur plus ancien, conserve tes fichiers quand l'appareil est éteint. Les photos sont du côté des 512 Go. Les 16 Go sont l'espace de travail où va une photo pendant que tu la retouches.

Pourquoi la RAM oublie quand le courant est coupé

La plupart des RAM stockent chaque bit sous forme d'une minuscule charge électrique qui s'échappe si elle n'est pas rafraîchie de nombreuses fois par seconde : tout son contenu disparaît quand le courant est coupé. C'est ce que veut dire « volatile ». Le stockage garde les données sans courant. Un SSD emprisonne des charges dans des cellules de mémoire flash qui les conservent pendant des années, et un disque dur enregistre les bits sous forme de points aimantés sur des plateaux qui tournent. Le stockage est bien plus grand et moins cher par octet, mais beaucoup plus lent d'accès : les programmes sont donc copiés du stockage vers la RAM avant de s'exécuter. C'est cette copie qui a lieu quand une application affiche qu'elle est en cours de chargement.

Comment le processeur trouve un octet parmi des milliards

La mémoire est une longue rangée de cases contenant chacune un octet, et chaque case porte un numéro appelé adresse, à partir de 0. Pour lire ou écrire, le processeur place une adresse sur un ensemble de fils et récupère l'octet stocké à cet endroit. Le nombre de bits d'adresse fixe la quantité de mémoire accessible. Quatre bits d'adresse, comme dans l'ordinateur jouet, donnent 2 puissance 4 = 16 cases. Seize bits en donnent 65 536. Trente-deux bits donnent 4 294 967 296 octets, soit exactement 4 Gio, et c'est pourquoi les anciens systèmes 32 bits ne pouvaient pas utiliser plus de 4 Gio de RAM. Les processeurs 64 bits actuels peuvent en désigner bien plus.

Une case n'a aucune idée de ce que signifient ses bits. Dans l'ordinateur jouet, les 8 bits 00000100 d'une case de données sont le nombre 4, mais lus comme une instruction, les mêmes bits veulent dire HALT 4. Seule la façon dont le processeur atteint une case en décide : comme prochaine instruction, ou comme donnée désignée par une instruction. Cela découle directement de l'idée de von Neumann de garder les deux dans une même mémoire. C'est aussi pourquoi un bogue qui écrit à la mauvaise adresse peut détruire tout un programme.

Chaque niveau plus bas est plus grand et plus lent

La mémoire rapide coûte cher, alors les ordinateurs utilisent des niveaux. Au plus près des circuits se trouvent les registres, quelques dizaines de valeurs sur lesquelles le processeur travaille directement, comme l'accumulateur du jouet. Viennent ensuite les caches, de petits blocs de mémoire rapide sur la puce du processeur elle-même, généralement appelés L1, L2 et L3, qui gardent des copies des parties de la RAM utilisées récemment. Puis la RAM, puis le SSD ou le disque dur, et au-delà le réseau. Chaque niveau plus bas est plus grand et plus lent. Un programme est rapide quand presque tout ce dont il a besoin se trouve déjà dans les niveaux du haut. C'est pourquoi lire des données dans l'ordre est généralement plus rapide que de sauter d'un endroit à l'autre.