1.4b: Hardware
(Memoria Centrale)
Bibliografia
Curtin, Foley, Sen, Morin “Informatica di base”,
Mc Graw Hill
Ediz. Fino alla III : cap. 3.11, 3.13
IV ediz.: cap. 2.8, 2.9
Questi lucidi
Memoria Centrale
Un computer, per funzionare, ha bisogno di uno spazio
dove memorizzare
le parti di programma che utilizza e
i dati che deve elaborare.
Tale spazio è rappresentato dalla Memoria Centrale
La Memoria Centrale è suddivisa in celle della
dimensione di 1 byte (8 bit) (locazioni di memoria)
Ogni cella ha un indirizzo
La Memoria centrale è ad accesso casuale,
al processore occorre sempre lo stesso tempo per
accedere ad un qualsiasi punto di essa
L’accesso è velocissimo, l’ordine è dei nano secondi,
cioè miliardesimi di secondo (0.5 - 1 ns).
Concetti principali
Tipologie di memoria Centrale (RAM/ROM)
Memoria virtuale e operazione di Swapping
Registri
Cache Memory
Buffer
Tipologie di Memoria Centrale
La Memoria centrale è suddivisa in
RAM (Random Access Memory),
memoria di lettura/scrittura
ROM (Read Only Memory), memoria
a sola lettura
RAM
La RAM è accessibile
in scrittura e lettura.
Perde il suo contenuto
allo spegnimento della
macchina (volatile).
Contiene Dati e
Programmi
attualmente in
esecuzione
FLIP-FLOP (Bistabili)
La RAM è costituita da miliardi di interruttori
elementari che possono assumere due possibili stati
acceso/spento.
Se il flip-flop è acceso ... corrisponde al bit 0
Se il flip-flop è spento ... corrisponde al bit 1
Ogni flip flop è grande meno di un millionesimo di
metro (30 nanometri).
Il flip flop si spegne quando non è alimentato dalla
corrente elettrica, perciò quando si spegne il
computer la RAM si svuota e perde tutti i dati
ROM
La ROM è una memoria a sola lettura
contenente dati e istruzioni, il cui contenuto non
può essere modificato in alcun modo
dall’utente
Non perde il contenuto allo spegnimento della
macchina (non volatile).
Dati e programmi memorizzati in una ROM
prendono il nome di FIRMWARE.
ROM BIOS
La memoria ROM-BIOS (Basic Input Output
System) è un piccolo "chip elettronico“
all'interno dei Computer che contiene
Le procedure che gestiscono funzioni di
input/output, comprese quelle grafiche.
Il primo programma che il computer esegue non
appena acceso (bootstrap)
Bootstrap
CMOS
Una piccola parte di RAM (CMOS) è presente anche
nel BIOS.
La memoria CMOS è una memoria statica (SRAM) che
mantiene i dati con una alimentazione a batteria (simile
a quella usata per gli orologi da polso).
Essa contiene le informazioni sulla composizione fisica
del computer (informazioni di “Setup”).
Tali informazioni possono essere modificate.
Quando l'hardware subisce modifiche è sufficiente
aggiornare questa parte del BIOS, senza bisogno di
riscrivere tutti i programmi.
PROM ed EPROM
PROM (Programmable ROM): é una ROM che può
essere programmata con una apparecchiatura
speciale (programmatore di PROM).
I livelli 1 e 0 che costituiscono i dati binari sono scritti
con la modifica di alcune parti del chip (ad es.
bruciatura di fusibili integrati) ed una volta scritti
non sono più cancellabili.
EPROM (Erasable Programmable ROM) che può
essere cancellata e riscritta con opportuni
apparecchi (programmatori di EPROM). La
cancellazione delle EPROM avviene esponendo il
chip ad una luce ultravioletta.
Memoria virtuale e Swapping
La RAM non è infinita e può “saturarsi”, soprattutto se
sono in esecuzione molti programmi nello stesso momento
sono aperti documenti molto grandi (che occupano molto spazio)
Nel caso di sovraccarico e in presenza di un’ulteriore esigenza
computazionale (apertura di un nuovo documento o
esecuzione di un nuovo programma), il Sistema Operativo può
fare una delle seguenti cose:
Impedire l’apertura del nuovo documento (o la partenza di un altro
programma).
“fare spazio” nella memoria disponibile, per le nuove esigenze e
quindi permettere di aprire il nuovo documento o di far partire un
altro programma
I Sistemi di vecchia generazione adottavano la prima soluzione,
mentre i più recenti adottano la seconda.
Memoria virtuale e Swapping
Il Sistema Operativo per “fare spazio” all’interno
della RAM “sposta” (parti di) dati o (parti di)
programmi
dalla RAM
al Disco Fisso,
utilizzando una particolare zona detta “area di
“Swap”, o file di swapping
Memoria virtuale e Swapping
Il Sistema Operativo sceglie ciò che va spostato
nell’area di swap utilizzando varie strategie, ad
esempio sposta ciò che in RAM è inutilizzato da
più tempo
Tale uso combinato di RAM e di Hard Disk
prende il nome di Memoria Virtuale
L’operazione di “spostamento” è un’operazione
necessaria (soprattutto se il computer dispone di
poca RAM),
ma molto costosa (in termini di tempo)
Registri
Il processore non lavora “direttamente” sulla RAM, ma solo su
dati e istruzioni presenti al suo interno
Per cui, ogni volta che deve eseguire un’istruzione su uno o più
dati, è necessario copiare dalla memoria centrale all’interno
del processore
l’istruzione da eseguire
i dati su cui l’istruzione opera
Le memorie “interne” al processore, preposte a tale compito,
sono dette Registri
I registri di un processore sono, in tutto, qualche decine
Hanno tempi di accesso molto rapidi
Registri
L’operazione, da farsi per poter eseguire ogni
singola istruzione, è però costosa rispetto al
tempo che il processore impiega ad eseguire
l’istruzione stessa
Si corre il rischio quindi di avere un processore
che lavora molto velocemente …
… ma che passa quasi tutto il suo tempo fermo,
perché in attesa che l’istruzione e i dati su cui
essa opera vengano copiati dalla RAM nei
registri.
Cache Memory
Per velocizzare il sistema, esiste una Memoria
(tampone) di tipo SRAM, detta Cache Memory
posta a diretto contatto con il processore,
molto più piccola ma molto più veloce (e
costosa) della RAM,
Cache Memory
Nella Cache vengono memorizzati:
una parte dei dati contenuti nella memoria principale (ad
esempio quelli usati più frequentemente o quelli vicini ai
dati appena utilizzati)
una parte delle istruzioni del programma in esecuzione
(ad esempio quelle utilizzate più recentemente o quelle
“vicine” fisicamente all’istruzione in esecuzione)
in questo modo il loro reperimento sarà molto veloce
Si cerca se il dato/l’istruzione è presente nella cache e se
c’è lo si usa (“Cache Hit”)
Se invece non c’è (“Cache Miss”) lo si prende dalla RAM
e lo si copia nella cache: la prossima volta verrà ritrovato
nella cache
Buffer
Piccola zona della RAM riservata per operazioni varie.
Utilizzato per scaricare o caricare i dati su/da disco
Contiene gli ultimi dati immessi da tastiera (fino a che non si
preme il tasto “INVIO”, ad esempio)
Contiene gli ultimi comandi usati da un programma con il
relativi dati coinvolti, per poter poi permetterne l’annullamento
tramite il pulsante
Contiene ciò che viene “Tagliato” o “Copiato” (Clipboard)
