MEMORIA PRIMARIA
Nella memoria primaria sono depositate le informazioni da elaborare e i risultati
conseguenti, e le istruzioni per elaborarle. Solitamente è composta da memorie
RAM (Random Access Memory) e ROM (Read Only Memory). È direttamente
collegata alla CPU e non ha bisogno di nessuna intermediazione per essere
consultata da quest’ultima. Viene chiamata anche primary storage.
La RAM
La memoria centrale detta anche RAM (Random Access Memory) è un insieme
ordinato di locazioni di memoria in cui vengono registrati dati e istruzioni di
programma.
Il termine random proviene dal fatto che è possibile accedere ad una qualunque
locazione in maniera casuale, cioè senza seguire un ordine particolare.
In questa memoria vengono depositati i programmi che il PC dovrà eseguire e i dati
su cui tali programmi dovranno operare, oltre che i risultati delle successive
operazioni.
La memoria è volatile, cioè non può essere mantenuta in mancanza di alimentazione
elettrica.
La capacità di memoria è misurata in milioni di byte (Mbyte –megabyte).
La DRAM
Si tratta di una tecnologia nata nel 1980 per l’implementazione della memoria
centrale.
Ogni bit viene registrato in una cella e le celle sono disposte su una matrice a cui si
accede conoscendo la posizione della singola cella in termini di riga e di colonna.
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Una cella di DRAM è composta da un condensatore e da un transistor. Poiché il
condensatore può trattenere la carica solo per pochi millisecondi, il contenuto della
DRAM deve essere continuamente "rinfrescato" o rigenerato, vale a dire che il
condensatore deve essere ricaricato frequentemente in modo da non perdere
l’informazione (bit) che vi è registrata. Dal punto di vista elettronico, ciascun bit
viene memorizzato in una cella che combina un piccolo condensatore collegato al
gate (terminale di entrata) di un transistor che funge da amplificatore digitale
assorbendo pochissima carica dal condensatore mentre ne legge lo stato. Il transistor
"legge" lo stato del condensatore e se vi trova carica elettrica restituisce sulla
propria uscita un 1. Se invece lo trova scarico restituisce uno 0. Questo genere di
circuito presenta, tuttavia, un paio di problemi. Innanzi tutto l’operazione di lettura
tende a scaricare il condensatore (visto che il transistor assorbe comunque una
minuscola quantità di carica attraverso il gate) e a lungo andare quello che era stato
registrato come un 1 diventa uno 0. Inoltre, ogni condensatore soffre di perdite
interne che tendono a scaricarlo. Nel tempo perciò tutte le informazioni sono
destinate ad andare perdute. Il rimedio consiste nel rigenerare centinaia di volte al
secondo la carica di ogni singolo condensatore che contiene un 1 (refresh) e nel
precaricare il condensatore appena prima che abbia luogo la lettura. Il tempo
necessario per compiere queste due operazioni si combina in quello che viene
definito cycle time (tempo di ciclo) o più semplicemente tempo di refresh o tempo
di accesso. Agli albori le DRAM avevano un tempo di ciclo di 200 nanosecondi il
che significa che era possibile eseguire 5 milioni di letture al secondo: un valore
perfettamente accettabile per i primi personal computer che funzionavano con una
frequenza di 4,77 MHz. Oggi si è arrivati a 70 e 60 nanosecondi. La DRAM viene
di solito fornita sul mercato in due formati diversi: SIMM e DIMM.
La SDRAM (Synchronous DRAM)
La caratteristica fondamentale della Synchronous DRAM è di sincronizzare tutte le
operazioni con il segnale di clock proveniente dal processore, tipicamente 66 MHz
fino a un massimo di 100 MHz (una frequenza tre volte superiore rispetto a quella
tollerabile da una RAM convenzionale). La sincronizzazione diretta rende più
semplice l’implementazione delle interfacce di controllo.
La SDRAM integra sul chip un contatore che può essere usato per incrementare
automaticamente gli indirizzi di colonna per accessi a raffica.
Questo significa che la SDRAM permette d’iniziare nuovi accessi prima che
l’accesso precedente sia stato completato.
La memoria ROM
Quando si mette in funzione un calcolatore (bootstrap2), la CPU deve eseguire le
istruzioni necessarie per il riconoscimento, la verifica e l’attivazione dei vari
dispositivi che costituiscono il sistema di elaborazione quali la tastiera, la scheda
video, il lettore di floppy disk, il disco rigido, ecc...
Queste istruzioni sono memorizzate dal costruttore in una memoria permanente a
sola lettura detta ROM (Read Only Memory).
Inoltre, nella fase di avvio, il computer carica nella propria memoria il sistema
operativo che gli permetterà, successivamente, di eseguire i comandi e i programmi
dell’utente.
Il programma registrato nella ROM è chiamato BIOS (Basic Input Output System).
In generale, questo tipo di software prende il nome di firmware (residente).
La CMOS
Esiste un'altra memoria, la CMOS (Complementary Metal Oxid Storage), che
contiene le informazioni sulla configurazione hardware del sistema e le
impostazioni relative al BIOS. Al momento dell'accensione, il computer "ricorda" la
sua configurazione grazie a questa memoria tampone alimentata mediante una
piccola batteria, senza la quale il BIOS sarebbe costretto a richiedere all’utente le
informazioni relative alla caratteristiche ed alla configurazione del computer.
La cache memory
E’ una memoria di transito che usa una piccola quantità di memoria ad altissima
velocità per rendere immediatamente disponibili al processore le informazioni a cui
questo accede più frequentemente.
La cache risponde alle richieste di lettura e di scrittura verso la memoria centrale
senza imporre stati di attesa al processore. Uno stato di attesa è un ciclo di clock
(vedi CPU) durante il quale il microprocessore sospende l'elaborazione e attende il
completamento di una richiesta di lettura o scrittura sulla memoria (operazione di
I/O sulla memoria).
La presenza della memoria cache velocizza il computer poiché consente un
passaggio più veloce d'informazioni tra la memoria centrale e il microprocessore
oppure tra il disco rigido e la memoria centrale.
I tempi di accesso variano dai 10 ai 30 nanosecondi rispetto alla RAM che ha tempi
di accesso tra i 60 e 70 nanosecondi.
La cache funziona sul principio secondo il quale tutti i computer che eseguono
istruzioni in modo sequenziale tendono ad accedere ripetutamente alla stessa
porzione di memoria.
La cache che si trova all'interno del microprocessore è la cache di primo livello. Col
progredire dell'elaborazione la cache scarta informazioni non più necessarie e va a
recuperare nella memoria centrale i nuovi dati richiesti. Quando il processore trova
nella cache quello che cerca si verifica un "cache hit" quando invece l'informazione
manca si verifica un "cache miss" e diventa necessario ricorrere a una cache esterna
(di secondo livello) oppure direttamente alla memoria principale e lasciar
trascorrere alcuni stati di attesa prima che le informazioni diventino disponibili.
MEMORIA SECONDARIA
Quando si lavora con un Personal Computer, è necessario avere dei supporti su cui
poter archiviare dati e programmi, in modo tale da potervi accedere in qualunque
momento anche dopo aver spento la macchina.
I dispositivi di memoria ausiliaria3 più diffusi sono i dischi rigidi (hard disk): uno o
più dischi coassiali, rivestiti di materiale magnetizzabile, che montati sull’unità
(drive), ruotano ad alta velocità attorno all’asse centrale; una serie di testine di
lettura/scrittura disposte su bracci mobili in senso radiale, consentono di leggere e
registrare i dati secondo tracce concentriche. Le testine sfiorano la superficie del
disco ad una distanza inferiore al millesimo di millimetro.
I dischi prima di essere utilizzati vengono formattati. Questo procedimento registra
sulla superficie del disco tante tracce suddividendole in altrettanti settori angolari.
E’ come se un foglio, completamente bianco, venisse predisposto all’uso,
disegnandovi uno schema o un modello dove trascrivere particolari informazioni.
Il tipo di formattazione dipende dal sistema operativo del computer.
Il disco funziona grazie ad un dispositivo elettromeccanico (driver) che combinando
la rotazione del disco con i movimenti lungo il raggio della testina riesce a leggere o
a scrivere in un settore qualsiasi, realizzando, così, una struttura di memorizzazione
ad accesso diretto.
Nei nastri magnetici, dove invece l’accesso è sequenziale, bisogna far scorrere tutta
la parte del nastro che precede il dato da leggere prima di poter recuperare
l’informazione.
Il disco rigido può avere capacità molto elevate: i personal computer attualmente in
commercio hanno capacità che vanno oltre i 6 miliardi di byte, Gb (gigabyte), con
velocità di trasferimento verso la memoria che arrivano fino a decine di Mb
(megabyte) al secondo e oltre.
Esistono anche dischetti "portatili" (Floppy Disk) che permettono di immagazzinare
una quantità minore di dati (circa 1,4 Mb) e di trasferirla da un computer all'altro.
Poiché la consultazione di un archivio prevede l’identificazione dell’unità su cui è
memorizzato, viene convenzionalmente assegnata all’unità disco rigido la
denominazione C: e all’unità Floppy la denominazione A:.
3 Qualsiasi mezzo di memorizzazione non volatile, il che comprende dischi e nastri, nel quale vengono
depositate informazioni che sono state elaborate dalla CPU o che non dovranno essere utilizzate da
quest’ultima immediatamente. Tutta la memoria indirizzabile esterna a quella centrale, alla quale si può
giungere per mezzo di canali di I/O. Viene anche chiamata memoria esterna (external storage), secondary
storage, auxiliary storage. Si contrappone a memoria primaria.
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