Modulo 1: Le I.C.T. UD 1.4d: La Memoria Centrale

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1 Modulo 1: Le I.C.T. : La Memoria Centrale Prof. Alberto Postiglione Corso di Informatica Generale (AA 07-08) Corso di Laurea in Scienze della Comunicazione Università degli Studi di Salerno LA MEMORIA CENTRALE Curtin,

2 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 # 3 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 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). # 4 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 2

3 Concetti principali sulla Memoria Centrale Tipologie di memoria Centrale (RAM/ROM) Memoria virtuale e operazione di Swapping Registri Cache Memory Buffer Ciclo di un istru<ione # 5 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 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 # 6 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 3

4 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 # 7 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Memoria Centrale: Tipi di RAM RAM Dinamica (DRAM), molto diffusa. Il suo contenuto deve essere rinfrescato (cioè reimmesso) centinaia di volte al secondo, perché i dati in essa dopo brevissimo tempo decadono, scompaiono. RAM Statica (SRAM) più veloce, ma più costosa Volatile (ha bisogno dell alimentazione elettrica) Non ha bisogno di essere rinfrescata Video RAM (VRAM): memoria molto veloce, presente sulla scheda video. Una sua variazione è la WRAM. # 8 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 4

5 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. # 9 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 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) # 10 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 5

6 CMOS Una piccola parte di RAM (CMOS) è presente anche nel BIOS. La memoria CMOS é 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. # 11 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 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 piú 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. # 12 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 6

7 Memoria virtuale e operazione di Swapping La RAM non è infinita, per cui è possibile che essa si saturi, soprattutto quando sono in esecuzione molti applicativi o sono aperti documenti molto grandi. In questo caso il Sistema Operativo provvede a fare spazio all interno della RAM utilizzando una particolare area del disco fisso (area di Swap ) per spostarvi (parti di) dati o (parti di) programmi dalla RAM. # 13 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Memoria virtuale e operazione di 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 detta di Swapping Lo Swapping è quindi un operazione necessaria (soprattutto se il computer dispone di poca RAM), ma molto costosa (in termini di tempo) # 14 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 7

8 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 # 15 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 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. # 16 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 8

9 Cache Memory Per velocizzare il sistema, esiste una Memoria (tampone) di tipo SRAM, detta Cache Memory posta a diretto contatto con I Registri del processore, molto più piccola ma molto più veloce (e costosa) della RAM, # 17 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 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 # 18 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 9

10 Cache Memory Cache di livello 1 (detta cache interna o L1) Fisicamente è presente sul chip del processore. E velocissima ma non molto capiente ( Mega) Cache di livello 2 (detta cache esterna o L2) Chip speciali alloggiati sulla scheda madre. Più lenti della L1 ma notevolmente più veloci della Memoria Centrale. # 19 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 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) # 20 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 10

11 Il Ciclo di un istruzione Ogni istruzione viene eseguita dalla CPU, con l ausilio della memoria, nel cosiddetto ciclo della macchina, che è divisa in quattro fasi: fetch-decode-execute-write 1) carica dalla memoria centrale un istruzione (fetch) 2) la decodifica e carica dalla memoria centrale nei registri gli eventuali operandi (decode) 3) esegue l istruzione (execute) 4) aggiorna i registri e copia i risultati nella memoria centrale (write) # 21 Prof Alberto Postiglione Università Salerno Il Ciclo di un istruzione # 22 Prof Alberto Postiglione Università Salerno 11