Com è fatto un computer (seconda puntata) Appunti per le classi 1 A cura del prof. Ing. Mario Catalano

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1 Com è fatto un computer (seconda puntata) Appunti per le classi 1 A cura del prof. Ing. Mario Catalano

2 A che serve una memoria? Ovviamente, nel computer, come nel cervello umano, serve a conservare le informazioni. Per fare ciò si usano diverse tecnologie: elettronica, magnetica, ottica. Una memoria non è statica, in essa le informazioni possono cambiare: possono essere lette e scritte. Un operazione di lettura in memoria consiste nel prelevare un informazione dalla memoria (ad esempio per utilizzarla nella CPU) senza distruggerla nella memoria (se ne fa una copia). Un operazione di scrittura, invece consiste nell inserimento di un informazione in memoria, cancellando così il contenuto precedente.

3 Come sono organizzate le informazioni in memoria? In un computer i dati e i programmi, se vogliamo ritrovarli in tempo, sono organizzate in maniera da sapere dove sono conservate. Questa informazione si chiama indirizzo. Dunque per poter compiere una operazione, ho bisogno dell indirizzo di memoria. Ciò è valido per ogni tipo di memoria. Esistono: 1. memorie ad accesso diretto (sono organizzate in maniera che, avendo l indirizzo, si accede direttamente all informazione) 2. Memorie ad accesso sequenziale (i dati sono memorizzati uno dietro l altro e per arrivare a quello che interessa, occorre passare per tutti i precedenti) 3. Fanno eccezione gli hard disk che sono semi-sequenziali (ma lo spiegheremo a parte).

4 Le memorie Cosa vorremmo : una memoria veloce abbastanza grande da contenere tutti i dati e i programmi che servono persistente (o non volatile) cioè capace di mantenere il suo contenuto anche in assenza di alimentazione elettrica di basso costo 4

5 Cosa può fare la tecnologia? A costi (relativamente) bassi 1. Memorie veloci, ma(relativamente) di piccola capacità e volatili (esempio: RAM). 2. Memorie di grande capacità, persistenti, ma (relativamente) lente (esempio: HD) A costi più alti: memorie di capacità più elevata, con maggiore velocità e non volatili (esempio: SSD). Esistono poi altri tipi di memorie di passaggio, utilizzate per trasferire dati da una parte all altra (ad esempio, tra stampante e scheda madre): si chiamano buffer. Quindi, tipicamente, le memorie sono di 2 tipi.

6 Perché occorre avere due tipi di memoria nel computer? Una memoria occorre per l esecuzione dei programmi. Questa si chiama memoria interna o primaria o centrale. Un altra memoria serve da archivio dei dati e dei programmi che possono servire. Questa si chiama memoria esterna o secondaria o di massa.

7 Cosa succede quando un programma viene avviato? Il programma (e i dati su cui lavora!) è presente in memoria di massa e lì è inattivo. Per poter essere attivato, deve essere portato in memoria centrale. Quando l utente lo avvia (per esempio, cliccando due volte sull icona corrispondente), il Sistema Operativo si occupa di prelevare il programma e di trovargli lo spazio (allocarlo) in memoria centrale. Questa fase viene detta (un po impropriamente) caricamento o apertura del programma. Solo adesso il programma può attivarsi.

8 Confronto tra memoria centrale e memoria di massa Quindi, una buona memoria centrale deve essere soprattutto veloce, anche se è (relativamente) piccola. Può anche essere volatile. Invece, una buona memoria di massa deve essere soprattutto ampia, anche se è (relativamente) lenta. Deve essere non volatile.

9 In realtà abbiamo molti tipi di memorie La memoria centrale è suddivisa tra RAM, ROM e cache. La memoria di massa è formata da (1 o più) Hard disk, SSD, DVD, dispositivi rimovibili (tipo pen drive o schede SD). Memoria centrale Memoria di massa RAM ROM Cache HD e SSD DVD Rimovibili

10 RAM La RAM (Random Access Memory) è dunque la principale memoria centrale. Essa contiene i programmi in esecuzione e i dati a essi relativi. È di tipo elettronico, cioè è formata da chip elettronici, allocati su slot rimovibili sulla scheda madre. È quindi veloce, ma volatile (cioè, quando manca l energia elettrica, si azzera, cioè si porta in valori elettrici casuali e assolutamente inutilizzabili). L accesso è diretto, quindi rapido.

11 Struttura di una RAM Bus indirizzi Parola (word): gruppo minimo di bit indirizzabili Indirizzo p r o c e s s o r e Bus controllo Bus dati Dato letto o da scrivere memoria 11

12 Componenti elementari di una RAM L informazione più piccola su cui si può operare sulla RAM è costituita da una sequenza di 8 bit (chiamato 1 Byte). Per questo la capacità della RAM (ma anche di tutte le altre memorie) è misurata in Byte, o meglio nei suoi multipli (kb, MB, GB eccetera). Le operazioni sono svolte su 1 dato alla volta. Ogni dato è memorizzato in un registro chiamato cella o locazione di memoria che dunque è costituita da 8 circuiti elettronici elementari detti flip-flop (ognuno composto a sua volta da 2 transistor integrati), che quindi memorizzano ognuno 1 bit. Ogni cella ha dunque il suo indirizzo. Nei processori moderni, che trattano dati a 16, 32, 64 bit, le celle di memoria sono organizzate in gruppi di 2, 4, 8, detti word.

13 Le celle sono dunque numerate dagli indirizzi (numerazione binaria)

14 Quanta memoria posso avere? L ampiezza della memoria indirizzabile dipende quindi dal numero di indirizzi che ho a disposizione. E quanti indirizzi ho a disposizione? Dipende dall ampiezza del bus indirizzi (che è dato non dalla RAM, ma dalla scheda madre): se ho n bit per l indirizzo, posso avere al massimo 2 n Byte indirizzabili. Ad esempio: se ho 32 bit di indirizzo, posso avere al massimo 2 32 Byte di RAM, cioè 4 GB (vi sembra poco? Sappiate che i bit di indirizzo attuali sono 64, il che mi consente di avere fino a 2 64 Byte di RAM. Quant è? Fate voi il calcolo).

15 ROM Il termine ROM significa Read Only Memory. Indica il fatto che l'unico tipo di accesso in queste memorie è la lettura (ovviamente la prima scrittura deve essere possibile). Esistono particolari ROM che possono essere anche riscritte. In ogni caso tutte le ROM sono caratterizzate dal fatto che l'informazione in esse contenute rimane anche quando manca l energia elettrica. Le ROM servono perchè contengono il programma che fa avviare il computer: questo programma è detto BIOS.

16 Basic Input-Output System o BIOS è il primo codice che viene eseguito da un Computer dopo l'accensione, ed ha tre funzioni principali: 1. Eseguire una serie di test diagnostici per controllare lo stato di funzionamento dell'hardware e segnalare eventuali guasti (questa fase è detta POST, cioè Power ON Self Test e corrisponde alla schermata nera con testo che scorre rapidamente); 2. Localizzare il sistema operativo e caricarlo nella RAM (questa fase è detta boot-strap e corrisponde alle schermate con il logo del Sistema Operativo); 3. Fornire una interfaccia software per l'accesso alle periferiche e all'hardware del PC (si interrompe il POST da tastiera e si entra nel BIOS ). 16

17 Memoria Cache Lo scopo della memoria cache è quello di reperire informazioni di utilizzo molto frequente. Per questo motivo essa è piccola, ma molto veloce. Purtroppo è anche molto costosa. 17

18 La memoria CMOS Tutti i PC sono dotati di una memoria permanente speciale, alimentata da una batteria. A questa memoria si fa riferimento con il termine CMOS (Complementary Metal-Oxide-Silicon) ed in essa sono immagazzinati i dati relativi al clock in tempo reale ed alla configurazione del sistema e delle sue periferiche Parte della memoria CMOS viene impiegata per conservare le specifiche relative al tipo di disco fisso e all ammontare di memoria disponibile; al momento del boot, il BIOS legge le informazioni di configurazione in CMOS e le utilizza per inizializzare il sistema 18

19 FINE 19