Ingegneria Gestionale della logistica e produzione Prof. A. Palomba - Elementi di Informatica (DF-M) Memorie

Transcript

1 Ingegneria Gestionale della logistica e produzione Prof. A. Palomba - Elementi di Informatica (DF-M) 9 Memorie 1

2 Memoria In generale : qualsiasi supporto delegato alla memorizzazione di dati e istruzioni. Nell ambito del termine c è bisogno di fare differenziazioni; il termine può riferirsi: ad ad una una memoria di di lavoro detta anche centrale in in cui cui esistono dati dati e istruzioni oggetti attuali di di elaborazione a tutta tutta una una serie di di supporti (memoria di di massa) che che hanno il il solo solo scopo di di mantenere nel nel tempo le le istruzioni o i i dati dati Mi è stato chiesto chi fossero i 7 re della antica Roma. Per quanto sforzassi il mio cervello, quei sette nomi erano sfuggiti dalla mia memoria. Ho risolto il problema con una enciclopedia, dove alla voce Roma ho rintracciato quanto cercavo..erano sfuggiti dalla mia memoria.. attesta che la mente umana è volatile, (può perdere informazioni ) In tal caso non riesce a dare risposta al quesito proposto (elaborare l informazione) 2

3 ..usando una grossa enciclopedia. ho rintracciato... L enciclopedia rappresenta una memoria permanente di grande capacità e ad accesso diretto, in cui reperire le informazioni non più presenti nella memoria. Reperire sinonimo di leggere, ossia travasare le informazioni dalla enciclopedia nella memoria e renderle disponibili finchè..ci sarà corrente Nella macchina informatica esistono: la memoria centrale (la mente umana) del tipo volatile la memoria di deposito o di massa (l enciclopedia) di grande capacità (dai Mb ai Gb) del tipo permanente senza alcuna capacità elaborativa (che è esclusiva della memoria centrale) 3

4 I due tipi di memoria si distinguono per la tecnologia di costruzione memorie di lavoro memorie di deposito tecnologia elettronica tecnologia magnetica o ottica. le le prime sono dette anche volatili (mancando l alimentazione elettrica perdono le le informazioni), le le seconde sono dette permanenti (le (le informazioni registrate permangono nel nel tempo) velocità costo Gerarchia di memorie registri cache centrale dischi nastri capacità 4

5 Nelle memorie in genere due parametri caratteristici Capacità La La massima quantità di di bit bit memorizzabili. Misurata in in byte byte Tempo di di accesso tempo necessario per per una una operazione di di lettura /scrittura in in una unacerta locazione di di memoria Le memorie di lavoro sono del tipo statiche ovvero non ausiliate da organi meccanici in movimento per espletare operazioni di lettura/scrittura Detti organi, coinvolti nelle memorie di massa, incidono fortemente sui tempi di accesso Le memorie centrali sono ad accesso casuale (random): caratterizzate da tempo di accesso costante indipendentemente dalla posizione della locazione su cui opera (sia che si accede alla prima che all ultima) 5

6 Esiste una terza categoria detta di transito (cache, buffer), di tipo volatile, finalizzata ad aumentare la velocità di trasferimento dati da/per la memoria centrale Normalmente il processore accede alla memoria centrale per prelevarne dati o istruzioni. I tempi di accesso della memoria centrale sono alti rispetto alla velocità operativa del processore. La memoria cache è impiegata per contenere dati o istruzioni di presunto prossimo utilizzo del processore e siccome è dotata di tempo di accesso molto basso rispetto alla memoria centrale, i vantaggi operativi per il processore sono notevoli. C. C. P. P. U. U. cache centrale Minor tempo di accesso Dimensioni inferiori Costo maggiore 6

7 Memoria di lavoro (Centrale) Un programma (e relativi dati) per essere sottoposto ad elaborazione deve necessariamente risiedere in memoria centrale CPU INPUT Memoria Centrale OUTPUT La CPU opera solo con la Memoria Centrale DISCO E una sequenza di locazioni o celle di memoria, ciascuna contenente una sequenza di bit chiamata parola (word) tutte della stessa dimensione. Ogni parola e` caratterizzata da un indirizzo che la individua univocamente. Ogni cella è atta ad immagazzinare una INFORMAZIONE dato istruzione 7

8 Gli indirizzi delle celle sono definiti dalla associazione della struttura ordinata di celle con la successione dei numeri naturali La dimensione della parola cambia a seconda del tipo di calcolatore (8, 16, 32, 64 bit) n a istr1 istr2 124 istr3 n istrn La CPU può selezionare una particolare cella di memoria utilizzando l indirizzo contenuto in un registro denominato registro indirizzamento (Memory Select) o RI o PI (prossima istruzione) La dimensione di questo registro (m=16, 32 o 64 bit) definisce lo spazio di indirizzamento della memoria centrale. m = 16 m = 32 da 0 a word da 0 a word 8

9 Il modello di memoria RI MB RI individua il registro di memoria da selezionare MB Memory Buffer contiene l informzione da registrare o prelevare dalla memoria in riferimento ad RI Gli accessi ad una cella della memoria centrale sono vincolati ad operazioni di: Lettura Scrittura prelievo di quanto contenuto senza distruzione registrazione nella cella con distruzione di quanto precedentemente contenuto (overwrite o sovrascittura) 9

10 Schema funzionale 1. Programma e dati sono caricati in memoria. 2. La CU preleva la prima istruzione del programma dalla memoria. 3. L istruzione viene decodificata ed eseguita. 4. La CU passa all'istruzione successiva. Memoria CPU ALU BUS REGISTRI IR MB Bus interno CU 10

11 Nel termine memoria centrale viene conglobata tutta una serie di tipi di memorie ognuna con le sue specifiche caratteristiche tecnologiche RAM ROM PROM EPROM RAM Random Access Memory Di tipo volatile Adatta per operazioni di lettura e di scrittura Capacità ordine dei Gb ( costi sempre in diminuzione) Ad accesso casuale (random = accesso a qualsiasi cella della memoria in qualsiasi momento) Tempo di accesso tra i 20 e 60 ns 1 ns = 1 miliardesimo di secondo 11

12 La funzionalità di lettura /scrittura (overwrite) di questa memoria e l origine del calcolatore inteso come macchina multiuso, ovvero capace di definire diversi ambienti di lavoro a seconda del software caricato nella memoria Su una macchina c è possibilità di generare diverse macchine virtuali ognuna tipica di un ambiente di lavoro Lo specifico ambiente di lavoro dipende dal programma che, in quel momento sta operando nella memoria centrale Io utilizzerò Mathlab Io utilizzerò C++ Io utilizzerò Java Io utilizzerò un nuovo gioco Una Una macchina + utenti utenti + ambienti Ogni utente avrà la sua macchina virtuale 12

13 ROM Read Only Memory Memorie a sola lettura (nessuna possibilità di scrittura) Vengono scritte un unica volta,all atto della loro costruzione e non possono essere più riscritte o cancellate Non volatili (permanenti) Veloci Capacità di pochi Kbyte E alto il costo della strumentazione per registrarle Se le RAM sono a lettura/scrittura.. perché si utilizzano anche le ROM che sono a sola lettura?..perchè non utilizzare memorie centrali di sole RAM Se Se la la memoria centrale fosse tutta tutta RAM, allo allo spegnimento della macchina, causa la la volatività delle memorie RAM,tutte le le informazioni in in essa presente sarebbero perse Alla Alla riaccensione :: Hardware senza software = macchina inerme 13

14 In tale situazione è giustificato l utilizzo delle memorie ROM in piccole dimensioni. Portano registrato, a cura del costruttore, una sequenza di comandi (firmware), utili in fase di accensione (bootstrap) della macchina con la finalità di travasare dal supporto esterno (disco) nella memoria centrale il software necessario a dare operatività alla macchina. (il nucleo del S.O.) La fase di bootstrap contempla anche istruzioni per la diagnostica iniziale del sistema Firmware Termine che caratterizza sequenze di istruzioni ( programmi) registrate in memoria ROM. Tipico esempio di firmware è il BIOS 14

15 PROM Programmable ROM Della famiglia delle ROM Caratteristica : programmabili dall utente una sola volta. Richiedono particolari apparecchiature che per numero limitato di programmazioni non giustificano il costo dell impianto Tecnica di registrazione: fusione con impulsi elettrici delle zone delle celle EPROM Erasable PROM Sono delle PROM cancellabili (esposizione a raggi ultravioletti per circa 20 ) e riprogrammabili. Tempo di accesso di circa 150 ns EEPROM Electrically Erasable PROM, PROM cancellabili elettricamente senza rimuoverle dal circuito stampato dove sono alloggiate e sullo stesso possono essere riprogrammate Costose. 15

16 Memorie di massa Hanno, rispetto alla memoria centrale, tempi di accesso superiori per la natura meccanica della componentistica (testine di lettura/scrittura dotate di braccio meccanico di avanzamento, supporti rotanti,..) La memoria di massa non interagisce direttamente con la CPU, ma solo con la memoria centrale così come l'input e l'output. Viene dunque anche considerata una unità di I/O ed è anche detta memoria secondaria. La memoria di massa è inoltre caratterizzata, rispetto alla RAM, dai seguenti aspetti: è una memoria permanente, INPUT capacità notevoli (centinaia di Gigabyte), costi bassi tempi di accesso dell'ordine dei ms a fronte dei ns delle RAM il trasferimento di dati da e per la memoria di massa non avviene per dato singolo come nella RAM, ma per blocchi di dati detti record. CPU Memoria Centrale DISCO 16 OUTPUT

17 Capacità espresse in multipli del byte: kilo K 2 10 = byte mega M 2 20 = byte giga G 2 30 = byte tera T 2 40 = byte peta P 2 50 = 1024 T byte Le memorie di massa si distinguono come : memorie a lettura/scrittura memorie a sola lettura oltre che per la tecnologia: magnetica laser Supporti a tecnologia magnetica floppy, hard disk, zip Supporti a tecnologia laser Cd-ROM,DVD Supporti a tecnologia elettronica Memory pen 17

18 Tecnologia magnetica Utilizza un disco ricoperto di materiale magnetico. Quando c è bisogno di registrare un bit alto, la testina emette un impulso elettrico che inverte la polarità del punto sottostante. Tecnologia laser Utilizza un disco di vetro ricoperto con una speciale vernice. Se la registrazione si riferisce ad un bit 1 la superfice pellicolare viene incisa con un raggio laser scoprendo la zona di vetro sottostante. I punti di incisione sono denominati pits In lettura una luce laser colpisce la superficie del disco e laddove esiste l incisione viene riflessa dal vetro e tramite un sistema di lenti perviene ad un fotodiodo che trasforma il segnale luminoso in segnale elettrico. Supporti a tecnologia laser non subiscono interferenze da campi elettro-magnetici. 18

19 Disco rigido (hard-disk) Uno o più dischi magnetici,chiusi sotto vuoto spinto in un contenitore, che ruotano ad alta velocità. Dotati di più testine lettura/scrittura Capacità : in continua evoluzione (Gbyte) Velocità di accesso : decine di millesecondi Sulle prestazioni di un disco rigido incidono vari parametri: La velocità di rotazione (RPM giri al minuto-valori ottimali da 7200 a 14000) Tempo di posizionamento - seek time il tempo necessario perché il braccio porta-testine raggiunga la traccia su cui si trova l informazione. Dipende da numero di tracce attraversate,dal diametro del disco e dalla velocità del braccio porta-testine Tempo di latenza - latency time il tempo impiegato perché il settore cercato vada in corrispondenza della testina di lettura. E inversamente proporzionale alla velocità di rotazione del disco 19

20 Tempo d accesso - access time è la somma del tempo di posizionamento e di latenza Data transfer rate è la velocità del flusso di dati in lettura e scrittura tra il disco e la memoria centrale Il tipo di controller installato (IDE o SCSI da cui dipende il tempo di accesso, rispettivamente 8-9,5 millesecondi e 6-5 millesecondi) Livello di deframmentazione attuale 20

21 Deframmentazione Un disco rigido, per la grande capacità, è un contenitore di una enorme quantità di file che nel corso delle attività vengono modificati (ampliati, ridotti,cancellati). ad un certo momento i files potrebbero essere, in termini di blocchi (cluster) di appartenenza, allocati sul supporto con un basso livello di continuità. Il tutto causa, per i tempi di posizionamento delle testine sui vari cluster di una sequenza, un abbattimento delle prestazioni del disco Elevata Bassa deframmentazione deframmentazione Cluster file A Cluster file B Esistono, nel corredo di programmi di utilità di un S.O. appositi programmi detti di deframmentazione che producono una revisione dei contenuti del disco riproducendo una situazione ottimizzata di continuità dei cluster appartenenti ad ogni file. 21

22 il backup Per quanto tecnologicamente gli hard disk siano ad elevata affidabilità,..le operazioni di lettura/scrittura sono sempre dipendentida un organo elettromeccanico (il braccio della testina) fonte di possibili danni alla superficie del disco Altre cause di danneggiamento dei dati: errata formattazione, errata operazione di cancellazione di files effetti dannosi di virus.... esigenza di provvedere alla produzione di copie di backup (copie di riserva) da tenere sempre aggiornate. Tale esigenza assume valore crescente di importanza passando dal PC personale ai grandi archivi aziendali in modo da poter sopperire ad eventuali situazioni di crisi con immediatezza. 22

23 Backup ha il significato di riprodurre i contenuti degli hard Disk ( ma in effetti il backup potrebbe interessare anche i contenuti di un floppy, di uno zip, di un nastro) su altre periferiche di massa (di solito altri hard disk). Il backup può essere totale o incrementale.. Totale il salvataggio è sui contenuti completi dell'hard disk; Incrementale sulla base di un precedente backup vengono salvati solo i file nuovi o quelli movimentati rispetto alla data dell'ultimo backup. In tal modo si eliminano i tempi di riproduzione di file non movimentati e già presenti sul supporto di backup 23

24 CD-ROM Compact Disk Read Only Memory (tecnologia laser) Supporto multimediale a sola lettura Capacità : 650 Mbyte Costituiscono oggi il supporto di distribuzione del software... nonché dei grossi archivi multimediali (es. enciclopedie multimediali) Per Per i i drive drive CD-ROM esistono diverse diverse sigle:x4, x8, x8, x16 x16,, x24 x24in in riferimento alla alla velocità con con cui cui il il drive drive legge. legge. CD-R CD-recordable CD- ROM registrabili una sola volta con apposita apparecchiatura (masterizzatore) CD-RW CD-readwrite Detti anche CD-E (erasable) del mercato. Sono cancellabili e riscrivibili 24

25 DVD Digital Video Disk Supporto di memorizzazione con aspetto e dimensioni di un CD-ROM, ma una capacità molto superiore (da 4.7 a 17 GB). Un disco DVD può contenere un intero film con video di altissima qualità (formato MPEG2) e audio stereofonico. Sono disponibili in in tre tre versioni DVD-ROM a sola sola lettura DVD-R registrabili una una volta DVD-RAM riscrivibili masterizzatori DVD 25