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 :

transistor_symbole

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).
transistor_non_0

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 :
circuit_non_1
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).

transistor_non_1
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 :
circuit_non_2
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 :
circuit_non_4                          et                               circuit_non_3

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 :
table_Non

Le symbole de cette porte est :    Symboles_NonA

 

Le circuit Ou.

Ce circuit utilise cette fois 3 transistors.
circuit_ou

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.
ou_11

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.
ou_10
On peut résumer le comportement de cette porte Ou à l’aide de la table suivante.
table_Ou

Le symbole de la porte Ou est :   Symboles_AetB

Le circuit Et.

Voici une porte Et.
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.
porte_et_0

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.
porte_et_1

On peut résumer le comportement de cette porte Et à l’aide de la table suivante.
table_Et Le symbole de la porte Et est :    Symboles_AouB

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.
circuit_RS_00

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.
circuit_RS_01

Lorsque l’entrée X retrouve l’état 0 (Y ne change pas d’état), le circuit conserve le même état en sortie.
circuit_RS_02

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.

circuit_RS_20 puis   circuit_RS_21

Ce circuit qui mémorise un état (O ou 1) s’appelle une bascule RS (Reset-Set).

son symbole est circuit_RS_30

Le circuit décodeur.

Le décodeur est un circuit qui permet de sélectionner une adresse mémoire particulière.
decodeur_010
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.

decodeur_111Dans 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.

multiplexeur_11Ce 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)

multiplexeur_01

Le circuit mémoire.

Un circuit mémoire est composé de trois parties.

  • Un décodeur
  • Des circuits mémoires
  • Un multiplexeur

memoire_1Dans 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 :


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