La mémoire est un élément indispensable du fonctionnement d’un ordinateur.
Elle est constituée de circuits électroniques composés de transistors.
Sommaire
Le transistor. …
Un transistor est un petit circuit électronique qui est à l’origine des ordinateurs actuels, il a été crée en 1947, et n’a cessé de progresser depuis (dans les années 70, on pouvait trouver 2000 transistors sur une carte d’ordinateur, depuis, la miniaturisation et les techniques de fabrications ont progressé, et on trouve sur certaines cartes jusqu’à 7 milliards de transistors !).
Son principe de fonctionnement est simple, c’est un interrupteur, il reçoit du courant d’un côté (drain) et le renvoie de l’autre (source), entre les deux il y a une porte (grille) plus ou moins ouverte.
On peut le schématiser de cette façon :
Les circuits électroniques suivants sont à la base du fonctionnement de la mémoire des ordinateurs.
Le circuit Non. …
Voici un exemple d’utilisation d’un transistor dans une porte logique (c’est à dire un petit circuit électronique).
Première position.
Dans le circuit précédent, l’interrupteur A est ouvert, c’est à dire que la tension entre le point O et le point A (la tension de grille) est une tension inférieure au seuil du transistor (elle est égale à zéro ici). Le transistor se bloque, il ne laisse plus passer de courant entre B et O.
Le circuit ressemble alors à celui là :
La tension entre B et O est très proche de la tension d’alimentation.
Seconde position.
Cette fois, on applique entre le point O et le point A (tension de grille) une tension supérieure au seuil du transistor (c’est à dire que l’on ferme l’interrupteur en A).
Le transistor est alors passant, c’est à dire qu’il laisse passer le courant entre B et O.
Le circuit ressemble alors à celui là :
La tension entre B et O est égale à zéro.
Si on décide que :
- Une tension de grille (entre le point A et le point O) inférieure au seuil représente l’état 0
- Une tension de grille supérieure au seuil représente l’état 1
Alors on peut schématiser le circuit précédent de cette façon :
et 
Ce circuit est une fonction NON, il revoie en B (la sortie) l’opposé de A (l’entrée).
On peut résumer le fonctionnement de cette porte logique à l’aide de la table suivante :
Le symbole de cette porte est : 
Le circuit Ou. …
Ce circuit utilise cette fois 3 transistors.
Première position.
On place A et B dans l’état 0 (c’est à dire que l’on applique en A et B une tension de grille inférieure aux seuils des deux premiers transistors), les deux premiers transistors sont bloqués, la tension entre C et O est proche de la tension d’alimentation. La tension entre C et O est supérieure au seuil du dernier transistor, celui ci est alors passant, et sa tension de sortie (c’est à dire entre D et O) est proche de 0.
Seconde position.
On place, cette fois l’une des entrées A (ou B) dans l’état 1. Au moins un des deux transistors est passant, (l’autre est bloqué), la tension entre C et O est nulle. Dans ce cas, le dernier transistor est bloqué et sa tension de sortie (entre D et O) est proche de la tension d’alimentation, il est dans l’état 1.
On peut résumer le comportement de cette porte Ou à l’aide de la table suivante.
Le symbole de la porte Ou est : 
Le circuit Et. …
Voici une porte Et.
Première position
Si la tension entre A et O (ou respectivement entre B et O) est inférieure au seuil de l’un des deux premiers transistors, alors celui-ci est bloqué, la tension entre C et O est proche de la tension d’alimentation c’est à dire plus grande que le seuil du dernier transistor, il est alors passant, la tension en sortie (entre S et O) est proche de zéro.
Seconde position
Si la tension entre A et O (ou respectivement entre B et O) est supérieure au seuil de l’un des deux premiers transistors, alors celui-ci est passant, la tension entre C et O est proche de zéro, c’est à dire plus petite que le seuil du dernier transistor, il est alors bloqué, la tension en sortie est proche de la tension d’alimentation.
On peut résumer le comportement de cette porte Et à l’aide de la table suivante.
Le symbole de la porte Et est : 
A partir de ses trois portes, on peut construire de nombreux circuit électroniques, notamment des circuits mémoire.
Par la suite, on utilisera des schémas simplifiée des portes Ou et Non et Et.
Circuit mémoire simple. …
A partir des portes logiques précédentes, on peut créer un circuit mémoire, c’est à dire un circuit qui est capable de mémoriser une entrée même si elle change par la suite.
Fonctionnement.
L’entrée Y étant dans l’état 0, si pendant une courte durée, on place l’entrée X dans l’état 1, le point C se trouve alors dans l’état 1 (et cela quelque soit l’état de l’autre entrée de la porte Ou). Comme le point C est dans l’état 1 la sortie A est dans l’état 0.
Lorsque l’entrée X retrouve l’état 0 (Y ne change pas d’état), le circuit conserve le même état en sortie.
De même, si pendant une courte durée, on place l’entrée Y dans l’état 1 en gardant l’entrée X dans l’état 0, la sortie passe à l’état 1. Lorsque l’entrée Y revient à l’état 0, le circuit reste à l’état 1.
puis 
Ce circuit qui mémorise un état (O ou 1) s’appelle une bascule RS (Reset-Set).
son symbole est 
Le circuit décodeur. …
Le décodeur est un circuit qui permet de sélectionner une adresse mémoire particulière.
Ce circuit est un décodeur à 3 entrées A0, A1 et A2 et 8 sorties (de D0 à D7), sur cette figure seule l’entrée A1 est dans l’état 1, ce qui permet de sélectionner l’adresse D2.
Dans cet exemple, les 3 entrées A0, A1 et A2 sont dans l’état 1, ce qui permet de sélectionner l’adresse D7.
Le circuit multiplexeur. …
Un multiplexeur est un circuit qui permet de sélectionner une adresse pour afficher son contenu.
Ce circuit est un multiplexeur qui permet de sélectionner l’une des quatre adresse (A, B, C ou D) pour afficher son contenu (en S). Pour sélectionner une entrée, on utilise C0 et C1.
Par exemple, dans cette figure les entrées C0 et C1 sont dans l’état 1, ce qui sélectionne l’adresse D, qui est à l’état 1 (la sortie S est donc dans l’état 1).
Dans cet autre exemple, seule l’entrée C0 est dans l’état 1, ce qui sélectionne l’adresse B qui est dans l’état 0 (la sortie est donc dans l’état 0)
Le circuit mémoire. …
Un circuit mémoire est composé de trois parties.
- Un décodeur
- Des circuits mémoires
- Un multiplexeur
Dans cet exemple, on peut mémoriser 2 états (0 ou 1) dans 8 adresses différentes (grâce aux 8 circuits RS).
Pour pouvoir mémoriser un état dans l’une des mémoires, il faut adresser cette mémoire avec le décodeur (c’est la partie gauche du circuit), ici c’est la mémoire D5 qui est sélectionnée. Ensuite, on sélectionne un état avec l’entrée Donnée, puis on l’enregistre dans D5 avec l’entrée Enregistre.
Pour lire le contenu d’une des mémoires, il faut utiliser le multiplexeur pour lire le contenu de l’une des 8 mémoire. Pour cela on sélectionne l’une des adresses avec les entrées C0, C1 et C2, le contenu de la mémoire sélectionnée s’affiche en sortie (S).
Sur ce schéma, C0 et C2 sont dans l’état 1 ce qui sélectionne l’adresse F dont le contenu est à l’état 0, c’est ce qui s’affiche en S.
Bien sûr, les circuits mémoires sont plus complexes (il y a plus de circuits mémoires adressables), mais le principe reste le même.
Quelques références :
- Le livre de Gilles Dowek Informatique et sciences du numérique aux éditions Eyrolles.
- Logiciel de simulation de circuits logiques Ketchlab.
