Mémoire morte : ROM (Read Only Memory)

Une grande partie du système d'exploitation et de la boîte à outils (la Toolbox) a été implantée en ROM. Chacune de ces couches est divisée de façon fonctionnelle en plusieurs parties appelées : gestionnaires (managers). Ces gestionnaires sont des modules de codes exécutables auxquels les applications font appel pour réaliser telle ou telle tâche de l'interface utilisateur (déplacer une fenêtre ou un fichier par exemple).

La capacité ROM installée, ne dépend pas forcément des performances du Macintosh, mais plutôt de sa date de sortie. En effet, à chaque fois qu'une nouvelle fonctionnalité du système apparaît, celle-ci est présente sous la forme d'une ressource qui s'installera dans le dossier système. Cette ressource sera ensuite intégrée en ROM, sur les nouvelles machines, ce qui augmentera la taille ROM de cette machine.

Exemple : QuickDraw 32 bits, gestionnaire qui permet la gestion de 16 Millions de couleurs (avec la carte vidéo adaptée), existe sous la forme d'une ressource que l'on installe pour les Macintosh ayant une ROM inférieure à 512 Ko, mais pour les autres Macintosh, QuickDraw 32 bits est directement en ROM : ce qui permet d'installer un système standard et d'utiliser les 16 millions de couleurs.

Mémoire sauvegardée : PRAM ( Parameter Random Access Memory )

Sur tous les Macintosh il existe une mémoire qui est sauvegardée par une pile quand la machine est hors tension, cette mémoire appelée PRAM est constituée de 256 octets contenus dans un circuit appelé HTR (horloge temps réel). La PRAM va sauvegarder les paramètres système accessibles par le tableau de bord, son but est ensuite de les restituer au système à chaque démarrage.

Mémoire vidéo : VRAM ( Video Random Access Memory )

La plupart des Macintosh sont équipés en standard de la vidéo intégrée qui utilise de la mémoire dédiée uniquement à la vidéo, appelée VRAM. Cette mémoire vidéo se présente sous la forme de barrettes ou se trouve soudée sur la carte mère.

Mémoire cache

Notion de cache.

Les mémoires de grandes capacités (DRAM) ont la caractéristique de posséder un temps d'accès qui s'exprime en nano seconde. A ces temps d’accès théoriques, il faut ajouter :
le temps d’arbitrage du bus
le temps du décodage

L’ensemble de ces délais provoque des cycles d’attente, diminuant aussi la vitesse de l’ensemble processeur mémoire.
La cache est donc destinée à éliminer et/ou réduire ces temps d’attente. Les performances de l’ensemble processeur mémoire seront d’autant plus accrues que la cache contiendra les données et instructions les plus fréquemment utilisées par le processeur.


Cache de niveau 1 (Cache interne)

La cache interne est une mémoire contenue dans le processeur destinée à stocker les dernières instructions et données utilisées.
Les microprocesseurs Motorola 68030, 68040 et PPC recherchent les instructions dans la cache instructions et les données dans la cache données.
Si l’instruction recherchée est présente dans la cache instructions, le gain de temps est très important puisque il n’y a plus de cycle d'attente d’accès à la mémoire.
Si l’instruction recherchée n’est pas présente dans la cache, il n’y a pas eu de perte de temps puisque la recherche dans la RAM à débuté en parallèle.
La cache données joue le même rôle que la cache instructions mais se rapporte aux données.

Cache de niveau 2 (Cache externe)

Entre les mémoires centrales de grandes capacités et les caches internes trop petites des microprocesseurs, toutes les unités centrales intègrent maintenant de la RAM cache externe soudée sur la carte mère ou sur une barrette DIM.
La RAM cache externe est une RAM statique très rapide (temps d’accès inférieur à 10 ns) de capacité de 512 Ko, 1 Mo et plus qui permettent d’augmenter la capacité de la cache interne du microprocesseur.

Mémoire cache

La mémoire cache, dont la capacité est paramétrable par l’intermédiaire du fichier tableau de bord “Mémoire”, correspond à une zone d’adresses spécifique de la DRAM de l’unité centrale. Le système attribue par défaut 32 Ko de mémoire cache par Mo de RAM installé. La taille mémoire complémentaire disponible pour les applications est donc directement dépendante de la capacité mémoire cache paramétrée. Il est donc important de choisir judicieusement cette taille mémoire cache en fonction du type d’application utilisée mais également lors de l'activation de la mémoire virtuelle dans le tableau de bord Mémoire du Macintosh.

Cette capacité mémoire est destinée à réduire le nombre d’accès disque dur par le stockage en RAM des données les plus couramment utilisées des applications temps réel et des ressources fork en cas de travail avec mémoire virtuelle.
Le temps d’accès d’un disque dur est défini par deux critères :

- temps de positionnement de la tête
- temps de latence

Le temps d’accès total étant la somme de ces deux temps. Cette mesure correspond au temps moyen mis par le disque dur pour accéder au premier bit de l’information recherchée. Le stockage de ces informations dans une zone RAM ayant un temps d’accès inférieurs à 60 ns (nanoseconde) augmente considérablement les performances de l’ensemble processeur - RAM - disque dur.

Le cache L2 des Processeurs MPC 604e “Mach 5”

Sur les machines équipées du processeur “Mach 5”, la mémoire cache de niveau 2 (1 Mo) est déportée sur la carte processeur.
Le bus entre le processeur et le cache de niveau 2 (L2) est à 100 Mhz, mais le bus de données reste à 50 Mhz. Ainsi l’on profite du faible temps de réponse de la mémoire cache L2 (8 ns) tout en conservant des barrettes mémoire à 70 ns pour la mémoire centrale.

Et donc, la séparation des bus cache et central permet de réduire les temps d’attente que génère un bus “lent” (adapté aux composants DRAM) et un processeur rapide. Les Power Macintosh (utilisant le processeur “Mach 5”) recréent au moyen de composants discrets une quasi séparation des Bus cache et central.

Bus d'un Power Macintosh 8600/200

Le cache L2 des processeur PowerPC 740 et 750

Les Power Macintosh G3 sont équipés de microprocesseur PPC 750. Une des nouveautés de ces processeurs est une gestion du cache niveau 2 tout à fait nouvelle. En effet le bus de données (central) et le bus cache sont complètement indépendants. Cela permet au microprocesseur un accès direct à la cache de niveau 2, sans temps d’attente de libération du bus central.

Le processeur G3 remplace dans la gamme des processeurs Apple le PPC 603.

Séparations des bus central et cache L2

Les deux Bus fonctionnent à des fréquences différentes. Cette fréquence est dépendante de la fréquence d'horloge du microprocesseur.

Mémoires vives

RAM signifie Mémoire à Accès Aléatoire (Random Access Memory). On distingue deux grands types de RAM : les statiques et les dynamiques. Bien que leurs fonctions soient identiques, leurs principes de fonctionnement sont totalement différents.

Le premier type, et ce, quelle que soit la technologie utilisée, a pour cellule mémoire de base une bascule bistable, tandis que le deuxième type utilise comme principe de mémorisation la charge d’un condensateur qui maintient entre ses bornes une tension correspondant, suivant les conventions adoptées, aux états logiques “Ø” ou “1”.

La RAM dynamique (DRAM)

Les mémoires dynamiques sont construites en technologie MOS (Metal Oxyde Silicium) qui présente de nombreux avantages : bonne immunité aux bruits, faible consommation, forte intégration possible, rapidité équivalente à la TTL avec les circuits HCMOS. La cellule mémoire de base, donc le condensateur qui maintient l’état logique à mémoriser, est en fait matérialisé par la capacité grille/substrat d’un transistor MOS dont le substrat est relié à la source. Pour constituer une cellule mémoire élémentaire il faut plusieurs transistors MOS. D’ailleurs, il existe plusieurs types de cellules, mais la plus répandue est celle dite “à trois transistors”. Le montage élémentaire en est très simple, mais on s’aperçoit qu’il ne pourra pas conserver une information logique à l’état “0 ou 1” très longtemps. Pourquoi ? Simplement parce que tout condensateur possède une résistance de fuite à travers laquelle les charges stockées sur les armatures s’échappent.

Au bout d’un certain temps, les charges restantes ne seront plus représentatives du niveau logique mémorisé. Pour pallier cet inconvénient, on devra périodiquement relire les cellules et les écrire. C’est ce que l’on appelle le “rafraîchissement”. Il s’effectuera sur l’ensemble des cellules mémoires de tous les boîtiers, et nécessitera une logique de contrôle qui rendra le synchronisme entre le microprocesseur et la mémoire beaucoup plus complexe. Mais combien de cellules contient un boîtier ? En fait, cela dépend de la capacité du boîtier considéré et de son organisation. L’unité de capacité est fixée à 210 (1024) cellules élémentaires ou bits et se symbolise par la lettre K (kilo). Comme une cellule ne donnait que peu d’informations, on a créé, pour une plus grande souplesse, des mots d’un certain nombre de cellules. Les longueurs de mots les plus courtes sont 4, 8, 16, 32, 64 et 128 bits ou cellules.



La RAM statique (SRAM)

Les unités centrales portables utilisent de la RAM Statique (SRAM). La SRAM utilise 4 à 6 transistors pour former une bascule pour chaque cellule mémoire. Une fois que la donnée est chargée dans la cellule, la bascule retient indéfiniment l'information, jusqu'à ce que l'information soit changée ou l'alimentation retirée. Du fait que la SRAM requiert une structure plus complexe pour chaque cellule, on ne peut insérer autant de cellules sur un circuit.
Le décalage entre la production SRAM et DRAM (RAM dynamique) est d'un facteur 4, en ce qui concerne la taille mémoire. Lorsque des DRAM de 1024Ko (1Mo) ont été disponibles, seules des SRAM de 256Ko étaient disponibles. Pour cette raison, le coût d'une SRAM est comparativement plus important qu'une DRAM de même capacité.
La RAM statique consomme plus qu'une RAM dynamique pour lire et écrire une information sur le circuit, mais en consomme moins dans un mode d'attente. Les modes ralenti et veille mettent les circuits en mode d'attente, et requièrent ainsi moins d'énergie pour maintenir le contenu de la mémoire.

Chaque composant possède des caractéristiques particulières qui ont leur importance. Enumérer toutes celles des RAM utilisées sur Macintosh serait long, fastidieux et inutile, mais il est bon de souligner les plus importantes.


La capacité et l’organisation

C’est le volume d’information que peut emmagasiner une RAM en mots de n bits. Pour exemple, les RAM 64 Kbits (Kilobits), 256 Kbits, 1 Mbits (1024 Kbits).


Le temps d’accès

Ce temps correspondant au temps écoulé entre le moment où l’on commence à adresser la mémoire par le signal RAS (Row Adress Strobe) et le moment où la donnée est en sortie lors d’une lecture, ou lorsque la donnée a pris sa valeur effective lors d’une écriture.
Il recouvre aussi bien la lecture que l’écriture.

Le mode rafraîchissement

Sur Macintosh, le rafraîchissement s’effectue par sélection d’une colonne (Column Adress Strobe ou CAS) puis d’une rangée (Row Adress Strobe ou RAS) ce qui a pour effet de rafraîchir automatiquement toutes les cellules de la rangée considérée. On dit que l’on a un mode de rafraîchissement avec “le CAS before RAS”.

La consommation

Une RAM de 1 Moctet consomme, en valeur typique, 1.4 W en fonctionnement (phases lecture / écriture /rafraîchissement) et 20 mW au repos. Cette caractéristique a son importance puisqu’elle influence directement la consommation de l’alimentation de l'ordinateur. La consommation dépend aussi directement de la technologie utilisée. Outre les caractéristiques électroniques des composants, il existe aussi, lorsque l’on fabrique des barrettes mémoires, des contraintes d’ordre mécanique. En effet, certaines parties vitales pour le fonctionnement de la barrette avec le reste de l’UC doivent être réalisées avec la plus grande attention. C’est le cas pour les connecteurs des barrettes DIMM, qui ne doivent être ni trop minces, car cela pourrait provoquer des faux contacts, ni trop épais pour éviter de devoir rentrer les barrettes en force, de tordre les broches des connecteurs de la carte mère de rendre donc impossible toute extension voire tout fonctionnement.




Les différents types de mémoire

Fast-Page Mode (FPM), Extended-Data Out (EDO), Synchronous Dynamic Random Access Memory (SDRAM), et Synchronous Graphic Random Access Memory (SGRAM) sont les différent types de mémoires utilisés dans les Power Macintosh.

Le tableau ci-dessous présente les différent types de mémoires supportés par les Power Macintosh.

Fast-Paged Mode Memory

Une adresse spécifique dans un composant mémoire est identifié par une adresse de rangée et une adresse de colonne. Pour chaque accès mémoire, le contrôleur mémoire envoie en premier l’adresse de rangée puis l’adresse de colonne. Une fois que l’information obtenue est validée, la colonne est désactivée et prête pour le prochain cycle. Cela introduit un état d’attente parce que rien n’arrive pendant que la colonne se désamorce.
Le processeur doit attendre la mémoire pour compléter son cycle.

Le contrôleur Fast-Paged Memory (FPM) diminue le temps requis pour lire les adresses en permettant au contrôleur mémoire de sélectionner une rangée particulière et accède ainsi aux adresses correspondantes à une colonne pour cette rangée. Ce procédé suppose que le prochain morceau de données requis est dans la localisation mémoire adjacente au morceau précédent.
Parce que la rangée d’adresse est sélectionnée une seule fois, il n’y a donc que l’adresse de colonne qui change, on gagne donc du temps quand on lit ou on écrit des informations en mémoire.

Les Power Macintosh qui utilisent la mémoire FPM

Tous les Power Macintosh supportent la mémoire FPM à l’exception des Power Macintosh 4400, 5500, 6500 et G3.



EDO Memory

EDO (Extended Data Out) est un sous-ensemble de mémoire FPM qui permet au contrôleur mémoire d’enregistrer l’adresse de la colonne et de la rangée pour la prochaine adresse, tout en lisant les données précédentes. cela est possible parce que la mémoire EDO garde dans un “buffer” de sortie les données et se prépare pour la prochaine opération de lecture. En gardant le “buffer” valide, l’EDO élimine les états d’attente. Cela accélère grandement le taux de transfert des données depuis la mémoire EDO
La mémoire EDO permet d’accéder de façon continue et rapide aux données sans attendre la localisation des adresses. Cela réduit le temps d’accès en lecture d’environ 10 %. Cependant, durant les cycles d’écriture, le système se comporte exactement comme avec une mémoire FMP.

Bien que l’EDO améliore d’environ 10% l’accès à la mémoire principale, cela ne signifie pas nécessairement que les programmes s’exécuteront 10% plus vite. Le processeur obtient souvent les instructions et les données depuis la mémoire cache, par exemple, la cache L1 des microprocesseurs PowerPC et/ou la cache L2 de la carte logique.

Power Macintosh et mémoire EDO

Parce que la DRAM EDO est un sous ensemble de la mémoire FPM, elle peut être utilisée en lieu et place de la mémoire FPM. Cependant, à moins que le contrôleur mémoire soit conçu pour la mémoire EDO, les performances mémoire sont identique aux mémoires FPM.

Il y a trois catégories de Power Macintosh qui acceptent physiquement les mémoires EDO. Dans certains Power Macintosh, vous pouvez utiliser la mémoire EDO et obtenir un gain de performance. Dans d’autres, vous pouvez utiliser de la mémoire EDO, bien que vous n’obteniez pas de gain de performance. Enfin, il y a certains Power Macintosh dans lesquels, Apple déconseille d’utiliser la mémoire EDO, sous peine d’endommager votre ordinateur.

Les Power Macintosh qui supportent la mémoire EDO

Les Power Macintosh suivant acceptent les mémoires EDO et bénéficie d’un gain de performance:

Toutes les mémoires installées doivent être des mémoires EDO pour en tirer profit. Si vous mélangez des mémoires EDO et des mémoires FPM, les mémoires EDO fonctionneront comme des mémoires FPM.

Note: il y a deux types de mémoire EDO - 5 volts et 3,3 volts. Les Power Macintosh série 4400 utilisent de la mémoire EDO 3,3 volts, tandis que les Power Macintosh séries 5500, 6500 et 6400 utilisent des 5 volts. Les deux types de mémoire NE sont pas interchangeables. Les détrompeurs des deux barrettes sont différents pour éviter tout risque de confusion, mais vérifier toujours d’installer un type correct de mémoire.

Attention : la mémoire EDO peut aussi être employée comme mémoire vidéo dans le Power Macintosh 4400 seulement. Cependant, il utilise comme VRAM de la mémoire EDO 5 volts et non pas 3,3 volts comme c’est le cas pour la DRAM.

Les Power Macintosh qui peuvent utiliser de la mémoire EDO
Sans gain de performance, les mémoires EDO peuvent être utilisées dans les Power Macintosh suivants :

Les Power Macintosh qui ne supportent pas la mémoire EDO

Vous ne pouvez employer de la DIMM EDO dans les Power Macintosh série 7200 et 8200.
L’utilisation de mémoire EDO dans un Power Macintosh 7200 ou 8200 peut endommager la carte logique de l’ordinateur. Tout dommage encouru par l’utilisation de mémoire EDO dans un Power Macintosh 7200 ou 8200 ne peut pas être couvert par la garantie Apple.

La mémoire EDO n’a pas été essayée, et n’a donc pas été certifiée par Apple dans la série des Apple Workgroup Server 9150.

SDRAM

Les procédés exécutés par un ordinateur sont coordonnés par une horloge interne, l’accès en lecture ou en écriture à la mémoire se fait traditionnellement sur ces fronts d’horloges. La mémoire n’est pas synchronisée avec cette horloge interne, car elle a des temps d’accès dans l’ensemble beaucoup plus long en lecture comme en écriture. Parfois cet incident n’est pas dû à des cycles d’attente. A cause de cela, la mémoire est considérée comme “asynchrone”.

Cependant, les mémoires Synchronous Dynamic Random Access (SDRAM), éliminent la différence entre vitesse de mémoire et vitesse du processeur, car la SDRAM a une horloge synchronisée avec l’horloge de traitement central de l’ordinateur. Ainsi la SDRAM utilise seulement le temps requis pour lire et écrire les données, ce qui accroit le taux de transfert en éliminant les temps de non-productivité. l’horloge synchronisée avec l’horloge centrale du processeur, permet un envoi continu des données au microprocesseur. La synchronisation des horloges mémoires, microprocesseur, et des autres composants permet un accès à la mémoire plus efficace et élimine des états d’attente. Cela ce matérialise par des temps d’accès mémoire jusqu’à 20% plus rapides que les mémoires EDO.

Les Power Macintosh qui utilisent de la SDRAM

Uniquement les Power Macintosh série 4400/200, utilisent de la SDRAM, elle est seulement utilisée pour la mémoire vidéo. Vous ne pouvez pas employer de SDRAM comme mémoire centrale d’un 4400. Les Power Macintosh série 4400 sont livrés avec 2 Mo de mémoire vidéo de type EDO, mais il est possible d’installer jusqu’à 4 Mo de SDRAM ou SGRAM.

SGRAM

Les mémoires (SGRAM) Synchronous Graphics Random Access fonctionnent de façon similaire à la SDRAM avec en plus des fonctions graphiques. Ces fonctions graphiques proviennent de l’ajout de deux fonctions qui sont, “Bloquer l’écriture” et “Masquer l’écriture”.

“Bloquer l’écriture” permet au moteur graphique de bloquer le transfert des données graphiques, de façon à interpréter ces données par paquets plus grand. “Bloquer l’écriture” est souvent utilisé pour des fonctions 3-D, pour vider le buffer et le préparer pour de nouvelles opérations. Avec la fonction “Bloquer l’écriture” de la mémoire graphique, le moteur graphique est libre pour faire d’autre tâches et accroître les performances.
“Masquer l’écriture” simplifie le changement de bits dans un bloc de données. “Masquer l’écriture” accroit les performance graphique dans des tâches tel que la gestion de la couleur d’un écran.

Les Power Macintosh qui utilisent de la SGRAM

La SGRAM est gérée par les Power Macintosh série 4400, 5500 et 6500.
Elle est utilisée uniquement pour la mémoire vidéo et ne peut pas être utilisée comme mémoire centrale de la carte logique.

Les Power Macintosh série 4400 sont livrés avec 2 Mo de mémoire vidéo de type EDO, mais il est possible d’installer jusqu’à 4 Mo de SDRAM ou SGRAM. Cependant les Power Macintosh 5500 et 6500 sont livrés avec 2 Mo de SGRAM, et ne sont pas extensible en mémoire vidéo