Dispositifs électroniques destinés à enregistrer, à conserver et à restituer les informations utilisées ou produites par l'exécution d'un programme d'ordinateur.
On distingue la mémoire centrale, qui contient les données pendant que le programme s'exécute (ainsi d'ailleurs que les instructions du programme lui-même) et dont le contenu est généralement effacé lorsque le programme se termine, des mémoires externes, qui sont persistantes, c'est-à-dire aptes à conserver les données après la fin de l'exécution du programme et l'extinction de l'ordinateur, pour en permettre un usage ultérieur.
Les mémoires sont des éléments essentiels en informatique : sans elles, aucun traitement de l'information ne serait possible. En effet, ce traitement consiste, schématiquement, à prendre une ou plusieurs données dans une mémoire, à effectuer des opérations codées dans une autre zone de mémoire et à remettre le résultat dans la mémoire.
La réalisation technique des mémoires repose sur divers principes ; les mémoires à semi-conducteurs, les mémoires magnétiques et les mémoires optiques sont les plus fréquentes.
Elles sont généralement incluses à l'unité centrale de l'ordinateur, dont elle constituent la mémoire centrale. Elles se divisent en deux grandes catégories : les mémoires vives ou RAM (Random Access Memories ou mémoires à accès aléatoire), et les mémoires mortes, ou ROM (Read Only Memories, mémoires à lecture seule). La technologie de fabrication des mémoires à semi-conducteurs est la même que celle des circuits intégrés. La structure de base est constituée d'un réseau de conducteurs orthogonaux intégrés dans le silicium. L'information élémentaire (un bit, représenté par 0 ou 1) est liée à l'absence ou à la présence de charges électriques emmagasinées dans un microcondensateur réalisé au point d'intersection des conducteurs. Pour lire ou pour écrire une information, le dispositif applique une tension dans le réseau de conducteurs suivant deux directions perpendiculaires se croisant au point mémoire choisi ; la tension appliquée agit sur un transistor de commande également situé au point mémoire, qui est ainsi rendu conducteur ou isolant par la modification de sa polarité ; à l'un des états correspond la valeur 1, à l'autre la valeur 0.
Les technologies d'intégration permettent de réaliser des motifs de mémoire très petits (0,25 micron de largeur), d'où la possibilité de stocker jusqu'à 256 millions de bits sur une seule puce électronique de quelques millimètres de côté. Sur les dispositifs à lecture seule (ROM), l'écriture n'est pas possible. Il existe une variante de ces mémoires, les ROM programmables, ou PROM (Programmable Read Only Memory), qui peuvent être écrites une seule fois ; quand un bit a été mis à 1, il ne peut plus être remis à 0. Les EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory, ROM programmables effaçables) peuvent toutefois être reprogrammées après que l'on a effacé leur contenu par illumination aux rayons ultraviolets.
Contrairement au cas des mémoires mortes, une information stockée dans une mémoire vive peut être lue, effacée ou écrite à volonté. Cependant, le principal défaut d'une telle mémoire réside dans le fait qu'elle nécessite une alimentation électrique permanente, une coupure du courant électrique effaçant la totalité des informations.
Les mémoires vives peuvent ainsi être comparées à la mémoire à court terme, tandis que les mémoires mortes, ainsi que les mémoires de masse ou externes (magnétiques, optiques, etc.), ressembleraient plutôt à la mémoire à long terme.
Les instructions du programme en cours d'exécution dans l'ordinateur accèdent aux informations contenues dans la mémoire centrale en désignant la donnée concernée par une " adresse ". Pour ce faire, la mémoire est considérée comme un tableau dont chaque case est repérée par un numéro d'ordre. Ce numéro d'ordre est l'adresse de la donnée contenue dans la case. Les instructions du programme sont elles-mêmes contenues dans des cases de mémoire : ainsi, une instruction peut provoquer l'exécution d'une autre instruction, désignée par son adresse.
Les disques durs et les disquettes constituent les exemples les plus courants des mémoires externes (ou de masse), dont les plus répandues utilisent des supports magnétiques. Les disques magnétiques servent à enregistrer les programmes et les données. Lorsque l'utilisateur veut exécuter un programme ou utiliser des données stockées sur disque, le système d'exploitation en assure le transfert du disque vers la mémoire centrale, d'où ils sont directement accessibles par le processeur.
Le principe de l'enregistrement magnétique est le suivant : un substrat métallique (pour les disques) ou un film en mylar (pour les bandes et les disquettes) est recouvert d'une mince couche d'une substance susceptible d'être aimantée lorsqu'elle est soumise à l'action d'un champ magnétique. Pour écrire des informations, un électro-aimant (tête magnétique) crée un champ magnétique orienté dans un sens ou dans l'autre, tandis que le disque tourne ou que la bande défile. Cet électro-aimant est constitué d'un tore de ferrite entouré par une bobine de fil conducteur. Il se forme ainsi une succession de zones (ou cellules) aimantées, dont l'état d'aimantation traduit fidèlement le signal électrique codé. À chaque zone aimantée, dans un sens ou dans l'autre, correspond une unité d'information.
L'opération inverse permet la lecture des informations. Lorsque la même tête magnétique passe au-dessus d'une cellule aimantée, le champ au voisinage du disque (ou de la bande) crée un flux dont la variation est à l'origine d'une différence de potentiel dans la tête ; le signal électrique ainsi généré est alors transmis à l'électronique de lecture, où il sera traité. Ce procédé permet d'accéder aux informations en une petite fraction de seconde.
La capacité des disquettes ordinaires est de l'ordre de un mégaoctet (soit huit millions de bits). Pour atteindre des capacités plus importantes, on a recours aux disques durs, qui emmagasinent jusqu'à neuf milliards d'octets ; le temps moyen d'accès à l'information peut atteindre sept millisecondes. La vitesse de rotation est de 7 200 tours/minute.
L'avantage des disques est la possibilité d'accès direct à toute information, contrairement aux bandes magnétiques ou cassettes, qui exigent un accès séquentiel et obligent à dérouler la bande pour atteindre l'information recherchée. Un disque d'ordinateur est doté d'un contrôleur électronique qui reçoit des instructions pour stocker les informations à des emplacements précis, ou procéder à des lectures d'informations préalablement écrites. Il reçoit aussi des interrogations sur l'état fonctionnel du disque et y répond.
Une partie du système d'exploitation a pour fonction de gérer les échanges avec les mémoires externes par l'intermédiaire des contrôleurs. Ces échanges obéissent à des protocoles normalisés qui permettent l'interconnexion de disques et d'ordinateurs d'origines diverses et dont les plus répandus sont SCSI (Small Computer System Interface) et IDE (Integrated Drive Electronics). Ces protocoles définissent le format des échanges et la façon dont plusieurs accès peuvent être traités en parallèle de façon à améliorer les performances.
Depuis la fin des années 1970 est apparu un autre type de support de mémoire externe : les mémoires optiques. En effet, les disques magnétiques sont encombrants et l'information qu'ils contiennent est effaçable, notamment par accident. Aussi le disque optique est-il utilisé pour l'archivage à long terme et la diffusion commerciale de données (dans ce dernier cas, il s'agit surtout du CD-Rom).
La technique de l'enregistrement optique est analogue à celle du disque compact audio née dans les années 1970. Contrairement à la technique du vidéodisque, qui est analogique, il s'agit d'un enregistrement numérique (binaire). L'écriture sur les disques optiques numériques se fait à l'aide d'un laser qui envoie des impulsions sur une surface photosensible, protégée par une couche transparente (verre ou plastique) ; selon le procédé, il se forme, aux points d'impact du rayon laser, des cavités ou des bulles. Le même faisceau laser, mais d'intensité moindre, sert à la lecture du support. De tels enregistrements sont garantis dix ans, et peuvent être relus aussi souvent que l'on veut sans subir de détérioration sensible. En revanche, une fois inscrits, ils ne peuvent plus être effacés ; aussi les désigne-t-on par le sigle WORM (Write Once, Read Many, " écrire une fois, lire plusieurs fois ").
Plus récemment sont apparus des disques optiques réinscriptibles. Deux procédés sont envisagés actuellement. Le premier, dit " procédé par transition de phase ", est fondé sur la différence de pouvoir réflecteur entre deux phases du même matériau (phase cristalline et phase amorphe) ; la transformation est obtenue en échauffant localement avec un laser une couche cristalline, qui devient alors amorphe ; par réchauffement sous certaines conditions, on retrouve la phase cristalline. Le second procédé, dit " magnéto-optique ", est une solution intermédiaire : l'enregistrement est magnétique et la lecture optique, fondée sur l'effet Kerr, selon lequel la réflexion de la lumière est modifiée par l'état magnétique d'un matériau. La capacité des disques optiques numériques est de l'ordre de un gigaoctet (un milliard d'octets) sur un support de trente centimètres de diamètre.
En 1984, Philips et Sony ont publié le " Yellow Book ", qui définissait une extension à la norme du disque compact pour lui permettre le stockage de données numériques, le CD-Rom. Ces mémoires de masse optiques sont en tout point semblables aux disques compacts audio. Non inscriptibles, ces nouveaux supports ont une capacité de l'ordre de 660 mégaoctets pour 11,5 cm de diamètre. Ils connaissent un grand succès pour la diffusion de jeux informatiques, d'images et de documents numériques tels qu'une encyclopédie. Cet objet de quelques grammes qui tient dans une poche de veste peut en effet contenir l'équivalent de plusieurs dizaines de livres.