7. Memoria del Computer

I computer, compresi i PC, non sono in grado di pensare e ricordare. Questo può apparire contraddittorio quando, si considera che la memoria del computer è uno dei componenti più importanti. Le istruzioni di un computer e i dati da elaborare vengono memorizzati all'interno della memoria prima di essere trasferiti alla CPU.

La memoria del PC è costituita da componenti elettronici in cui il PC archivia temporaneamente i dati e le istruzioni. Qualsiasi dispositivo che memorizza dati o istruzioni nel PC svolge un ruolo simile alla memoria, compresi il disco rigido, i floppy, le memorie ROM, CMOS, RAM e la cache. Il termine memoria, in un PC , denota tuttavia quella principale, nota anche come memoria di sistema, temporanea o Ram. Con l'eccezione della ROM, le altre forme di memoria (disco rigido, floppy, CD-ROM e altre) sono note come memoria secondaria.

Memorie ROM

La modifica dei dati memorizzati nel computer richiede la possibilità di effettuare operazioni di scrittura sui dati da modificare. Se non è possibile effettuare operazioni di scrittura in memoria non sarà possibile modificare il contenuto. I dati memorizzati in una memoria ROM (Read Only Memory), come implica il nome, non possono quindi essere modificati. La memoria Rom è inoltre non volatile e può mantenere i contenuti anche senza una fonte di alimentazione. È quindi il tipo di memoria ideale per memorizzare le istruzioni di avvio del PC e del BIOS (Basic Input/Output System). Quasi tutti i chip delle memorie ROM sono contenuti in contenitori DIP (Dual Inline Packaging). Nei PC vengono usati tre tipi di memoria ROM.

PROM (Programmable Read-Only Memory). È programmata per mezzo di un dispositivo speciale chiamato programmatore di PROM, che memorizza in modo permanente le istruzioni binarie del codice in linguaggio macchina nel chip della PROM; è denominato anche memoria OTP (One Time Programmable).

EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory). Si pronuncia “e-prom”, è cancellabile e può essere programmata più volte. Diversamente da una memoria PROM, che non può essere riutilizzata e va sostituita quando diventa obsoleta, EPROM può essere programmata di nuovo e usata più volte. Il chip di una EPROM ha una finestra di quarzo sul lato del circuito integrato che rende visibili i circuiti interni della memoria. Quando la luce ultravioletta (UV) colpisce le finestra, si innesca una reazione chimica che cancella il contenuto di EPROM. Per poter essere programmata, questa memoria va rimossa dal computer, cancellata con la luce ultravioletta e quindi programmata con un programmatore PROM.

EEPROM (Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory). I Pc più recenti includono ora memorie EEPROM (pronunciate “e-e-prom”) che possono essere programmate più volte come le EPROM ma. A differenza queste ultime, non devono essere rimosse dal PC. Una EEPROM può essere programmata con un processo chiamato flashing, che usa software specializzato eseguito nel PC. EEPROM viene chiamata anche flash ROM. Il processo di flash consente di aggiornare facilmente BIOS del computer senza rimuovere e sostituire il chip della ROM.

La memoria RAM

La memoria RAM (Random Acces Memory) viene usata nei PC come memoria principale. La Ram è l'area in cui sono memorizzati tutti i programmi attivi e i dati, per essere prontamente accessibili e disponibili alla CPU e agli altri componenti del PC. Quando si esegue un programma nel PC, una sua copia contenuta in memoria secondaria, di solito il disco rigido, viene copiata nella RAM. Quando si trovano nella RAM, le istruzioni del programma sono trasferite una alla volta alla CPU per essere eseguite. I dati che il programma accetta o legge da un disco sono a loro volta memorizzati nella memoria RAM. Esistono diversi motivi per cui la RAM viene usata in un PC, ma forse il più importante è la velocità di trasferimento bidirezionale dei dati alla CPU, decisamente maggiore dei dispositivi di memoria secondaria. Non impiegando la RAM, la lettura delle istruzioni dei programmi e dei dati dovrebbe avvenire dal disco rigido, con un rallentamento considerevole della velocità del computer. Poiché la velocità della RAM è maggiore anche considerevolmente, rispetto a quella della CPU, il PC è molto efficiente.

La RAM è costituita da un gruppo di circuiti integrati (IC o chip) con piccoli componenti elettronici (chiamati condensatori) che memorizzano i valori binari 1 e 0. Può usare diversi chip di memoria, ma alcuni risultano più adatti degli altri per memorizzare un grande volume di dati, si inseriscono meglio nello spazio disponibile del PC e sono meno costosi. Non tutte le memorie devono tuttavia memorizzare un grande volume di dati, poiché la maggior parte dei PC usa tre diversi livelli di memoria: principale, cache di livello 1 (L1) e cache a livello 2 (L2). La RAM, nell'uso comune fa riferimento al livello di memoria principale del PC.

Accesso casuale

Il termine accesso casuale denota la possibilità di accedere a una singola posizione di memoria RAM senza occupare le posizioni adiacenti. Le diverse modalità d'accesso ai contenuti di una cassetta e di un CD musicale costituiscono un valido esempio della differenza tra le modalità d'accesso. Se si desidera ascoltare la terza canzone in una cassetta, si dovrà far avanzare il nastro oltre le prime due canzoni, poiché l'accesso avviene in modo sequenziale o seriale: si accede cioè all'informazione nella sequenza fisica o in successione. Per ascoltare la terza canzone di un CD musicale, invece, si richiede semplicemete il posizionamento sulla traccia 3, che avverrà immediatamente. Questa modalità d'accesso è chiamata accesso diretto o casuale: si sceglie la posizione di destinazione e si accede direttamente a essa. L'accesso a un programma o a un dato nella memoria RAM è molto simile all'accesso a un brano in un CD musicale, tranne che le possibilità corrispondono ai milioni di posizioni individuali di memoria (byte), ciascuno dei quali indirizzabile direttamente dai programmi.

Memoria Volatile e non volatile

I dispositivi ROM sono stati descritti in precedenza come non volatili, quindi possono mantenere il contenuto senza una fonte di alimentazione. L'opposto di non volatile è volatile. La memoria volatile non può mantenere il contenuto, i dati o i programmi senza una fonte di alimentazione attiva, come una batteria o una corrente continua proveniente da un alimentatore. La RAM è una forma volatile di memoria e cancella il proprio contenuto quando manca la corrente. Chi ha perso tutto il lavoro quando si è verificato un blocco della corrente (a causa di un'interruzione involontaria o del riavvio forzato di un PC), ha sperimentato gli aspetti negativi della memoria volatile.

Perché si usa quindi la memoria volatile invece di quella non volatile? Se si impegnassero dispositivi EEPROM o qualsiasi tipo più recente di SRAM il costo per la memoria necessaria per eseguire software grafico o ricco di funzionalità supererebbe quello del PC, comprese tutte le opzioni che si potrebbero aggiungere. Al contrario, la RAM di tipo volatile non è costosa è facilmente disponibile ed espandibile e, purché si protegga il sistema dalle interruzioni di alimentazione non pone problemi nella maggior parte dei casi.

Bit, byte e parole

Quasi tutti gli oggetti o dispositivi connessi a un PC sono misurati in bit, in particolare i modem e le connessioni Internet, mentre la RAM è ancora misurata in byte, di solito kilobyte, megabyte o gigabyte. La Tabella qui sotto elenca i vari tipi di dati comunemente associati alla RAM.

Velocità di memoria

La RAM è molto più veloce di un disco rigido, un floppy, un CD-ROM o qualsiasi altra forma di memoria secondaria. L'accesso ai dati da un disco rigido richiede in media, da 8 a 16 millisecondi (ms). L'accesso agli stessi dati della memoria RAM richiede da 50 a 80 nanosecondi (ns). Un secondo equivale a 1000 ms e a 1 miliardo di ns. Questo implica quindi che la RAM a 50 ns è circa un milione di volte più veloce di un disco rigido. Altri dispositivi di memoria secondaria, come il CD-ROM o il floppy, sono molto più lenti.

Tipi di RAM

I due pricipali tipi di RAM usati in un PC sono la DRAM (Dynamic RAM) e SRAM (Static RAM) Le memorie DRAM e SRAM sono abbastanza diverse, sebbene entrambe memorizzano i dati e accedano alla emoria in modo casuale. La Tabella sotto riportata elenca alcuni tipi di RAM più usati

Ciascun tipo di RAM serve a soddisfare in modo ottimale uno scopo specifico.

• SRAM (Static RAM). Nota anche come Flash RAM, viene usata per la memoria cache e le schede di memoria PCMCIA (Portable Computer Memory Card Industry Association).

• DRAM (Dynamic RAM). Usata per la memoria principale in un PC e chiamata più comunemente RAM.

• PRAM (Parameer RAM). Usata nei computer Macintosh per memorizzare informazioni interne, come data e ora del computer e altri dati di configurazione che devono rimanere in memoria dopo lo spegnimento del computer.

• PSRAM (Pseudo -Static RAM). Realizzata in modo specifico per i computer portatili.

• VRAM (RAM video) Usata nelle schede degli adattatori video per bufferizzare i dati tra il PC e il display video.

La differenza principale tra i dispositivi SRAM e DRAM è che la prima non chiede il refreshing costante, necessario invece per la seconda. Il refresh della memoria DRAM deve avvenire circa ogni due millisecondi con una corrente elettrica, mentre il refresh della memoria SRAM ha luogo solo quando i dati sono scritti all'interno. La memoria SRAM è anche più veloce di quella DRAM ma ha un costo elevato e richiede uno spazio fisico maggiore per memorizzare la stessa quantità di dati. Per queste caratteristiche, la SRAM è quindi più comunemente usata per la memoria cache, mentre la DRAM viene impiegata per la memoria di sistema, nota anche come RAM.

DRAM

Il tipo di memoria RAM a cui si fa comunemente riferimento è la RAM dinamica DRAM. Paragonata alle altre tecnologie di memorie RAM, la DRAM non è costosa e consente di memorizzare il maggior numero di bit nella minore quantità di spazio fisico. Una cella DRAM, che memorizza 1 bit, è costituita da un singolo condensatore. Un condensatore memorizza un valore di voltaggio positivo o uno negativo, usati per rappresentare i valori binari 1 e 0. Il refreshing della DRAM deve avvenire ogni 2 ms e ha luogo quando il contenuto di ogni singola cella DRAM (condensatore) viene letto e quindi riscritto dal circuito logico di refresh. Il refresh costante contribuisce a rendere la DRAM più lenta delle altre memorie RAM. Le velocità medie di trasferimento sono pari a 50 ns o superiori.

Pacchetto DIP

Nei PC con processore 386 o precedenti, i chip DRAM erano montati nella scheda madre come chip individuali di memoria in un socket organizzati in un gruppo, chiamato banco di memoria in socket organizzati in un gruppo, chiamato banco di memoria. Nei sistemi più recenti (386DX e successivi), i chip DRAM sono installati come moduli di memoria integrati montati in uno slot speciale nella scheda madre.

I singolo chip DRAM sono pacchettizzati in un contenitore DIP (Dual Inline Package). I chip DRAM in un pacchetto DIP erano montati invece in socket individuali direttamente nella scheda madre, in banchi di quattro o più chip. Le memorie DIP sono rare, tranne nei sistemi più vecchi.

Moduli SIMM

A partire dal 386DX, la DRAM ha iniziato a essere pacchettizzata in moduli installati nella scheda madre in un singolo slot lungo. Questo package, che usa un connettore a pettine singolo, incorpora diverse memorie DIP in un modulo di memoria integrato.

Il primo tipo è stato il modulo SIMM (Single Inline Memory Module), costituito da chip DRAM saldati a un piccolo circuito integrato con un connettore a 30 o 72 pin e una capacità di memorizzazione compresa tra 1 MB e 128 MB. Nella fascia più alta dell'intervallo possiede chip DRAM montati sui due lati della scheda del circuito stampato. Associare SIMM alla scheda madre e agli slot di memoria implica solo l'abbinamento del numero di pin nello slot di montaggio a quello del modulo di memoria. Il modulo SIMM viene installato in una scheda madre per consentire di aumentare il numero di moduli e la dimensione della memoria installabile in un'area relativamente più piccola di quella impiegata per le memorie DIP.

Moduli DIMM

PC più recenti, in modo particolare i sistemi a 64 bit, usano una variante di SIMM, il modulo DIMM (Dual Inline Memory Module) a 168 pin, che aumenta la memoria DRAM in entrambi i lati del modulo e supporta una capacità maggiore di memoria. L'abbinamento di DIMM con un PC è complicato rispetto a quello del numero di pin. I moduli DIMM sono disponibili in voltaggi diversi (3,3V e 5,0V) e sono bufferizzati o non bufferizzati per l'abbinamento con le schede madri e le combinazioni di chipst.

Una versione ridotta di DIMM è il modulo SODIMM (Small Outline DIMM), usato principalmente nei computer portatili.

Connettori dei moduli

Con il passare degli anni, i connettori ai bordi dei moduli SIMM e DIMM e quelli contenuti dei socket di montaggio erano realizzati in oro o in stagno. I connettori di SIMM e i relativi socket sono disponibili in entrambi i materiali, mentre DIMM usa solo oro. Nei SIMM più vecchi veniva impiegato l'oro, mentre la maggior di quelli di quelli più recenti usa lo stagno. Questi due metalli non dovranno mai essere mescolati e, pertanto un connettore SIMM di stagno non dovrà mai essere inserito in un socket SIMM d'oro e viceversa. L'unione di questi metalli può causare una reazione chimica che provoca un aumento dell'ossido di stagno nell'oro e inoltre può creare una connessione elettrica non affidabile e difficile da diagnosticare.

Abbinamento della memoria alla scheda madre

La memoria aggiunta al sistema, indipendentemente dal packaging, deve essere abbinata all'ampiezza del bus dei dati della scheda madre. Qualsiasi dato trasferito alla CPU, alla memoria cache o ai dispositivi periferici in un PC viene trasferito tramite il bus dei dati.

L'ampiezza del bus dei dati (chiamata anche capacità) è misurata in bit e rappresenta anche il volume di dati che può essere trasferito in un ciclo di clock. Il motivo principale per cui si impiegano banchi di memoria nella scheda madre è costituito dalla possibilità di organizzare la memoria in set che sfruttano l'ampiezza del bus per il trasferimento dei dati. Un banco di memoria contiene memoria con la stessa ampiezza di quella del bus dei dati.

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