Un ordinateur est une machine électronique capable de recevoir, mémoriser, traiter et transmettre des informations. Il exécute des programmes constitués d'instructions qui déterminent les opérations à effectuer.

Les informations manipulées par un ordinateur sont représentées sous forme de données numériques. Un texte, une image, un son ou une vidéo est ainsi transformé en données que les circuits électroniques peuvent stocker, déplacer et traiter.

Matériel et logiciels

Un ordinateur associe deux éléments complémentaires : le matériel (hardware) et les logiciels (software).

Le matériel regroupe les éléments physiques de la machine : composants électroniques, mémoire, stockage et périphériques. Les logiciels regroupent les programmes et les données qui permettent d'utiliser ce matériel pour réaliser des tâches.

Le traitement de l'information

Le fonctionnement d'un ordinateur repose sur un cycle de traitement de l'information. Les données et les instructions sont stockées en mémoire, le processeur exécute les instructions et les résultats sont enregistrés, transmis à d'autres composants ou envoyés vers des périphériques.

Ces opérations s'effectuent à très grande vitesse. Le processeur traite continuellement des instructions tandis que les différents composants échangent des données par l'intermédiaire des circuits de communication de la machine.

Le système d'exploitation

Le système d'exploitation est le logiciel principal qui organise l'utilisation de l'ordinateur. Il gère les ressources matérielles, la mémoire, les fichiers, les périphériques et les communications entre les programmes et les composants.

Il fournit également les fonctions utilisées par les applications pour accéder au matériel. Une application peut ainsi utiliser un fichier, afficher une image, produire un son ou communiquer sur un réseau en passant par les services du système d'exploitation.

Les différents ordinateurs

Les ordinateurs existent sous des formes adaptées à des usages très différents. Un ordinateur de bureau privilégie généralement les performances et l'évolutivité. Un ordinateur portable rassemble ses composants dans un appareil transportable fonctionnant sur batterie.

Les serveurs fournissent des services ou des ressources à d'autres machines connectées à un réseau. Les supercalculateurs sont conçus pour réaliser des calculs scientifiques à très grande échelle. Les ordinateurs embarqués sont intégrés dans des véhicules, des machines industrielles, des robots ou des appareils électroniques.

L'informatique

L'informatique est la science du traitement automatique de l'information par des machines. Elle comprend notamment la programmation, les logiciels, les systèmes d'exploitation, les réseaux, les bases de données, la cybersécurité, l'intelligence artificielle et le traitement des données numériques.

Un ordinateur constitue ainsi un ensemble organisé de composants matériels et de logiciels qui coopèrent pour stocker, traiter et échanger des informations.

La mémoire vive, plus connue sous son nom anglais RAM (Random Access Memory), est la mémoire de travail de l'ordinateur. Elle conserve temporairement les programmes et les données dont le processeur a besoin pendant leur utilisation.

Contrairement au stockage, la RAM n'est pas destinée à conserver durablement les fichiers. Elle sert d'espace de travail rapide entre le processeur et les données enregistrées sur les supports de stockage.

Le rôle de la RAM

Lorsqu'un logiciel est lancé, son programme et les données nécessaires à son fonctionnement sont chargés depuis le SSD ou le disque dur vers la mémoire vive. Le processeur peut alors accéder aux informations dont il a besoin sans devoir les rechercher en permanence sur le stockage.

Les documents ouverts, les images en cours de traitement, les données utilisées par les logiciels et une partie des informations nécessaires au système d'exploitation sont également conservés en RAM pendant leur utilisation.

La RAM est donc située dans la chaîne entre le stockage et le processeur : le stockage conserve les données sur le long terme, tandis que la RAM fournit au processeur un espace de travail beaucoup plus rapide.

Une mémoire volatile

La RAM est une mémoire volatile. Elle ne conserve ses informations que lorsqu'elle est alimentée électriquement.

Lorsque l'ordinateur est éteint, le contenu de la RAM disparaît. C'est pourquoi un document doit être enregistré sur un support de stockage si l'on souhaite le conserver après l'arrêt de l'ordinateur.

Cette caractéristique distingue la RAM des supports de stockage tels que les SSD et les disques durs, qui conservent leurs données même lorsque l'ordinateur n'est plus alimenté.

Le bureau de travail

On peut comparer la RAM au plan de travail d'un bureau. Le stockage représente une grande armoire dans laquelle sont conservés tous les documents. Lorsque l'on veut travailler sur un document, on le sort de l'armoire et on le pose sur le bureau.

Plus le bureau est grand, plus on peut disposer de documents dessus en même temps. De la même manière, une plus grande quantité de RAM permet à l'ordinateur de conserver davantage de programmes et de données en mémoire sans devoir utiliser le stockage comme solution de secours.

La capacité de la RAM

La capacité de la mémoire vive est généralement exprimée en gigaoctets (Go). Les ordinateurs personnels disposent couramment de plusieurs gigaoctets de RAM.

La quantité nécessaire dépend de l'utilisation de l'ordinateur. La bureautique et la navigation sur Internet peuvent fonctionner avec une quantité relativement modeste de mémoire, tandis que les jeux vidéo, le montage vidéo, la retouche d'images, la modélisation 3D ou l'utilisation simultanée de nombreux logiciels peuvent nécessiter davantage de RAM.

Une quantité insuffisante de RAM ne ralentit pas directement la mémoire elle-même : elle oblige surtout le système d'exploitation à déplacer certaines données vers le stockage lorsqu'il n'y a plus suffisamment de place disponible en mémoire vive.

La mémoire virtuelle

Lorsqu'il manque de RAM, le système d'exploitation peut utiliser une partie du stockage comme mémoire virtuelle. Des données temporairement inutilisées peuvent alors être déplacées de la RAM vers un fichier situé sur le SSD ou le disque dur afin de libérer de la mémoire.

Lorsque ces données sont de nouveau nécessaires, elles doivent être récupérées depuis le stockage. Même un SSD très rapide reste beaucoup plus lent que la RAM pour ce type d'accès.

Lorsque le système doit effectuer très fréquemment ces transferts, l'ordinateur peut devenir fortement ralenti. Ajouter de la RAM peut alors améliorer les performances en permettant de conserver davantage de données directement en mémoire vive.

Les cellules de mémoire

La RAM est constituée d'un très grand nombre de petites cellules électroniques. Chaque cellule peut conserver une information sous forme électrique.

Les cellules sont organisées en lignes et en colonnes afin que le contrôleur mémoire puisse sélectionner les emplacements contenant les données recherchées.

La RAM dynamique, appelée DRAM, utilise des cellules qui doivent être régulièrement rafraîchies afin de conserver leur information. C'est la technologie utilisée dans la mémoire vive principale de la plupart des ordinateurs.

La mémoire DDR

Les mémoires RAM utilisées dans les ordinateurs modernes appartiennent principalement à la famille DDR (Double Data Rate).

La technologie DDR permet de transférer des données deux fois par cycle d'horloge, ce qui augmente le débit disponible sans avoir besoin de doubler la fréquence réelle de l'horloge mémoire.

Les générations successives ont amélioré les débits, la consommation électrique et certaines caractéristiques de fonctionnement. Les générations courantes comprennent notamment la DDR4 et la DDR5.

Une barrette DDR4 ne peut pas être installée dans un emplacement conçu pour la DDR5. Les connecteurs et les caractéristiques électriques sont différents. Le type de mémoire pris en charge dépend donc de la carte mère et du processeur.

La fréquence et le débit

La mémoire vive possède une caractéristique souvent exprimée en MT/s (mega-transfers per second), qui indique le nombre de transferts de données pouvant être réalisés chaque seconde.

Les fabricants indiquent également fréquemment une fréquence sous une forme commerciale en MHz. Il faut donc distinguer la fréquence réelle de l'horloge mémoire du nombre de transferts réalisés grâce à la technologie DDR.

Le débit dépend notamment de la vitesse de transfert et de la largeur du bus mémoire. Une mémoire plus rapide peut améliorer les performances dans certaines situations, mais le gain dépend du processeur, du logiciel et de la charge de travail.

La latence

La vitesse de transfert n'est pas le seul paramètre d'une mémoire vive. Il faut également prendre en compte sa latence, c'est-à-dire le délai nécessaire pour obtenir certaines données après une demande d'accès.

Une mémoire possédant un débit plus élevé n'est donc pas automatiquement plus performante dans toutes les situations. Le débit et les différents temps d'accès doivent être considérés ensemble.

Les canaux mémoire

Le processeur peut communiquer avec la RAM au moyen d'un ou de plusieurs canaux mémoire.

Dans une configuration à deux canaux, appelée dual-channel, le contrôleur mémoire peut utiliser deux canaux simultanément afin d'augmenter la quantité de données pouvant être transférée entre le processeur et la RAM.

Pour profiter correctement de cette configuration, les barrettes doivent être installées dans les emplacements recommandés par le fabricant de la carte mère.

Les plateformes plus spécialisées peuvent utiliser davantage de canaux mémoire afin d'augmenter encore la bande passante disponible.

Les formats de RAM

La mémoire vive existe sous différents formats physiques. Dans un ordinateur de bureau, les barrettes utilisent généralement le format DIMM. Les ordinateurs portables utilisent souvent des barrettes plus petites appelées SO-DIMM.

Certains appareils très compacts utilisent une mémoire directement soudée à la carte mère. Dans ce cas, la RAM ne peut généralement pas être remplacée ou augmentée de la même manière qu'une barrette amovible.

La RAM et le processeur

Le processeur et la RAM communiquent en permanence. Lorsque le processeur a besoin d'une donnée qui n'est pas présente dans ses registres ou dans sa mémoire cache, le contrôleur mémoire peut aller la chercher dans la RAM.

Les données sont alors transférées vers le processeur, où elles peuvent être utilisées par les unités de calcul. Les résultats peuvent ensuite être conservés dans les registres, le cache ou la RAM selon les besoins du programme.

Le processeur moderne possède souvent un contrôleur mémoire intégré. Celui-ci gère directement une grande partie des échanges avec la mémoire vive.

La RAM graphique

La mémoire utilisée par une carte graphique dédiée est généralement appelée VRAM (Video Random Access Memory). Elle conserve notamment les données nécessaires au GPU pour produire les images : textures, images intermédiaires, données géométriques et autres informations graphiques.

Dans les ordinateurs équipés d'un processeur graphique intégré, le GPU peut utiliser une partie de la RAM principale au lieu de disposer d'une mémoire graphique séparée.

La consommation électrique

La mémoire vive consomme également de l'énergie. La technologie DDR a évolué pour permettre d'augmenter les débits tout en réduisant ou en maîtrisant la tension électrique utilisée par les générations successives.

Dans un ordinateur portable, la consommation de la RAM participe notamment à l'autonomie de la batterie. Les systèmes mobiles utilisent donc souvent des variantes de mémoire conçues pour réduire la consommation électrique.

Augmenter la mémoire vive

Lorsqu'un ordinateur possède des emplacements mémoire accessibles et compatibles, il est souvent possible d'ajouter des barrettes ou de remplacer celles qui sont déjà installées.

Avant une mise à niveau, il faut vérifier le type de mémoire accepté par la carte mère, la capacité maximale prise en charge, le nombre d'emplacements disponibles et les caractéristiques compatibles avec le processeur et la carte mère.

Augmenter la capacité de RAM est particulièrement utile lorsque l'ordinateur utilise régulièrement presque toute sa mémoire disponible et commence alors à utiliser intensivement la mémoire virtuelle.