Hardware memoria del computer

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Hardware memoria del computer

La Memoria

Cache memory

Speciale sottosistema di memoria, presente all'interno di un computer che contiene temporaneamente dati o istruzioni di programma allo scopo di migliorare le prestazioni complessive del sistema. La maggior parte delle cache copiano i dati dalla memoria standard del computer, (dischi o ram) a un tipo di memoria che consente un più rapido accesso ai dati da parte della cpu. Alcune cache possono contenere dati in attesa di salvataggio, liberando la cpu per altre attività e scrivendo i dati solamente quando la cpu risulta disponibile. Le cache su disco sono progettate per compensare le discrepanze di velocità tra la più rapida cpu e le più lente unità a disco. Le cache di memoria interna ed esterna vengono progettate per compensare le differenze di velocità tra la cpu e i chip di memoria ram.

Cache a mappatura diretta

Tecnica di cache nella quale i dati di un qualsiasi indirizzo della memoria ram possono essere copiati in una sola posizione corrispondente della cache. L'indice degli indirizzi di memoria gestiti dalla cache consente alla cpu di localizzare e prelevare i dati più rapidamente di come sarebbe possibile prelevandoli dalla ram. La tecnica di mappatura diretta della cache è utilizzata più frequentemente dalle cache di memoria esterne.
Le informazioni contenute in un qualsiasi indirizzo di memoria di ram possono essere copiate solo in una singola, specifica posizione in questo tipo di cache. Dal momento che vi sono meno indirizzi di memoria nella cache che nella memoria ram principale, vari indirizzi della ram devono condividere lo stesso indirizzo potenziale della cache. Di conseguenza, le possibilità che una particolare porzione di dati non sia disponibile nella cache (a causa del fatto che l'indirizzo corrispondente della cache è già occupato da dati provenienti da un altro indirizzo della ram) sono maggiori di quanto viene usata una cache four-way set-associative, la quale consente ai dati di un qualsiasi indirizzo della ram di essere copiati in uno dei quattro differenti indirizzi della cache.

Cache del disco

Tipo di cache che usa la memoria ram per memorizzare temporaneamente i dati provenienti dal disco. L'accesso ai dati da un disco magnetico o da un cd-rom è relativamente lento se confrontato con l'accesso ai dati presenti nella ram. Il software per la cache del disco usa vari metodi per prevedere quali dati saranno richiesti successivamente dal disco e provvede a caricarli nella memoria ram. Quando tali dati sono richiesti, essi possono essere ottenuti molto più rapidamente dalla cache di come sarebbe possibile leggendo il disco. La cache del disco può fornire un notevole miglioramento della velocità effettiva di accesso ai dati su disco. Le cache del disco vengono implementate via software e alcune di loro includono controllori hardware. Windows include un cache del disco solamente software, chiamata vcache.

Cache di memoria esterna

Cache usata come intermediario tra la più veloce cpu e i più lenti chip dram della memoria ram principale del computer. La cache di memoria esterna comprende veloci chip sram, circuiteria hardware e un software di controllo. Essendo queste cache esterne alla cpu, esse sono più lente delle cache di memoria interne. Entrambe le cache contengono dati che la cpu presumibilmente richiederà alla memoria ram.
Tali cache possono fornire i dati alla cpu più rapidamente della ram, migliorando in questo modo le prestazioni del computer. La cache di memoria esterna viene anche chiamata cache "secondaria," "di livello due" o "L2".

Cache di memoria interna

Cache di memoria interna integrata nella cpu. Le cache di memoria interne contengono i dati che la cpu più probabilmente richiederà alla memoria ram. Le cache interne possono fornire i dati alla cpu molto più velocemente della ram o delle cache esterne, perciò una cache interna è in grado di migliorare le prestazioni del computer in modo significativo. Le più moderne cpu hanno 2 cache interne, generalmente di uguale capacità, una dedicata alle istruzioni e l’altra ai dati.La cache di memoria interna viene anche chiamata cache "primaria", "di livello uno" o "L1".

Cache di primo livello

Indicata anche con L1, significa interna alla cpu .

Cache di secondo livello

Indicata anche con L2, (da 64,128,256,512 kb, 1 mb..), è esterna al processore. La cache è la memoria speciale della cpu (microprocessore), e a differenza della memoria centrale (ram) è più piccola e più veloce. Funziona come un buffer e contiene la copia delle istruzioni e dei dati che vengono maggiormente utilizzati. L' alu ad esempio, per compiere correttamente il proprio lavoro ha spesso necessità di dover riprendere qualche dato elaborato poco prima e messo momentaneamente da parte, ad esempio il riporto dell'addizione. Se dovesse memorizzarlo nella ram (unità separata dal microprocessore), ci sarebbe un continuo trasferimento di dati e un notevole dispendio di tempo, ciò non accade se la memorizzazione avviene nella cache ove la velocità di accesso e' di circa 10 ns. Il vantaggio sta allora nella riduzione dell'attività esterna al microprocessore per la presenza di questa memoria speciale. Sui pentium pro la cache di 2° livello (256 o 512 kb) sta all'interno del processore.
La prima cache (a diodi) nella storia dei calcolatori e' stata descritta in un articolo di Wilkes nel 1965, e realizzata all'università' di Cambridge da Scarrott. Questa speciale memoria, allora, veniva chiamata slave perché serviva la memoria a nuclei di ferrite. Solo con la presentazione del primo calcolatore commerciale dotato di questa speciale memoria, l'Ibm 360/85, il termine slave viene sostituito con il termine cache.

Memoria ram

Random access memory. Prodotta per la prima volta nel 1970 dalla Intel, la ram e' la memoria del computer chiamata anche memoria centrale, principale o fisica. Può essere statica o dinamica e permette di far girare i programmi, il sistema operativo e le operazioni di sistema. Il cervello del computer, la cpu, può scrivere e leggere i dati molto velocemente nella ram (nell’ordine dei nanosecondi).
Una cella di memoria è composta da 4 o 6 transistor e non ha bisogno di refresh come accade per la dram. Il processo di memorizzazione risulta essere molto più "lento" se l'accesso avviene nel hd, per motivi meccanici.

Ecc

Error checking and correction. Controllo e correzione di errore. La modalità ecc ha lo scopo di consentire la correzione di un errore che si verifichi su una cella di memoria senza danneggiare le operazioni del sistema.
La memoria con parità ha la possibilità di rilevare un errore su un singolo bit , ma non di correggerlo; l'algoritmo Ecc , invece , può rilevare errori su 2 bit e correggere automaticamente un singolo bit errato.
Il modo Ecc richiede simm da 36 bit ( 4x8 dati + 4 di parità) ; viene attivato dal setup del bios ed é ormai disponibile in tutti i chipset.

Memoria simm

Single in-line memory module . Configurazione standard della ram. Le simm sono le memorie ram costituite da una serie di strisce fini di plastica che contengono i chip. Per espandere la memoria dei computer vengono inserite nuove simm negli appositi connettori (slot) della scheda madre.

Memoria dimm

Dual inline memory module. Per dimm si intendono i moduli di memoria con un bus di indirizzamento da 32 o 64 bit piu' largo delle simm (ind. A 16 o 32 bit) e anche per questo piu' veloce. Ormai tutti i pc dotati di bus pci hanno le memorie dimm da 8, 16, 32, 64 …..mb, con un tempo di accesso ridottissimoi.

Memoria edo

Extended data output. Dram che opera come se avesse al suo interno una cache sincrona di secondo livello (l2) di 512 kb. Avvicina al processore i dati utilizzati con maggiore frequenza e trattiene una certa parte di informazione che può essere successivamente richiesta dalla cpu senza che debba essere nuovamente ricaricata in memoria. Con un solo accesso tutta una riga della dram viene memorizzata nei buffer di uscita, quindi per gli accessi successivi non c'e' piu' bisogno di prelevare i dati dai banchi di memoria. Con un appropriato controller questa memoria può aumentare la velocità del 20%.

Memoria Rimm

Rambus In-line Memory Module. Tipo di modulo RAM con Direct RDRAM

Rdram

Rambus DRAM. Si tratta di un tipo di memoria introdotto per schede madri con il processore Pentium III. Ne esistono di due tipologie: Concurrent RDRAM e Direct RDRAM; queste ultime, più veloci, sono quelle più utilizzate. Le RDRAM sono montate su moduli RIMM. Possono avere un doppio canale per i dati, raddoppiando quindi la velocità effettiva. Hanno una larghezza di banda di 16 bit, contro gli 8 bit delle SDRAM, ma rispetto a queste ultima hanno una latenza maggiore. In sostanza sono più veloci della SDRAM solamente se i dati che devono caricare sono stati memorizzati in modo sequenziale, se invece i dati sono presenti in modo discontinuo la velocità è inferiore.

Sdram

Synchronous DRAM. Tipo di RAM utilizzata nelle DIMM per la memoria principale dei personal di tipo Pentium e successivi. Un segnale di clock temporizza e sincronizza le operazioni di scambio di dati con il processore,raggiungendo una velocità almeno tre volte maggiore delle SIMM con EDO RAM.

Sdram-II (DDR)

Tipo di RAM presente sui moduli DIMM che costituisce una evoluzione delle SDRAM. Lavora ad una velocità doppia rispetto al bus di sistema. Chiamata anche DDR.

Uma

Upper memory area. E' l'area di memoria ram immediatamente successiva ai primi 640 kb e occupa lo spazio di 384 kb. Vi si accede, dai sistemi Dos, caricando all'avvio del pc il gestore di memoria emm386.exe. In tale area possono essere caricati molti dei tsr (programmi Terminate and Stay Resident, che una volta eseguiti rimangono in memoria) e dei driver necessari all'utilizzo in Dos del pc (gestore della tastiera, del cd-rom, ecc.) Liberando in tal modo piu' memoria convenzionale di base (640 kb) indispensabile per l'esecuzione dei programmi Dos.

Umb

Upper memory block. E' un blocco di memoria appartenente all'uma, l'area di memoria superiore. Generalmente gli umb vengono utilizzati dall' hardware (es. scheda video), ma ne rimangono sempre di inutilizzati che pertanto possono essere impiegati opportunamente da driver e tsr (vedi la sezione sull’Uma).

Memoria swap

Atto con cui, nell'ambito della gestione della memoria virtuale di un elaboratore, si designa l'operazione di "parcheggio" su memoria di massa (tipicamente il disco fisso) di una porzione di memoria volatile (la ram) non utilizzata in quel momento. Quando (successivamente) e' richiesto l'utilizzo dell'area di memoria "parcheggiata" questa viene portata di nuovo nella memoria volatile liberando la porzione di memoria di massa occupata ("swap area"). In questo modo e' possibile "simulare" una disponibilità di memoria volatile superiore a quella reale.

Memoria rom

Bios

Basic input output system. E' costituito da uno o due chip programmabili a sola lettura (rom) che contengono un sottoinsieme del kernel. Il sistema operativo si può pensare diviso in due parti: una permanente memorizzata in rom, il bios appunto, e una su hd; in assenza di questo tipo di memoria di massa si utilizzerà un disco di avvio qualsiasi generalmente il floppy disk.
Il bios permette la portabilità di software anche tra Macchine con architetture diverse poiché tutti gli accessi ai dispositivi i/o sono effettuati attraverso le subroutine bios che hanno il compito di adattare le richieste alle varie componenti hardware. Quindi non e' richiesta al programmatore la conoscenza delle strutture di i/o, ma solo gli indirizzi delle subroutine che le gestiscono, in questo modo si astrae dall' hardware. Le subroutine vengono chiamate tramite interrupt. Il bios inoltre effettua test diagnostici di base e controlla lo stato delle periferiche collegate. I bios piu' recenti sono costituiti da memorie flash eprom, per poter effettuare aggiornamenti via software per impostare, ad esempio, le frequenze di funzionamento della cpu. Il clock della cpu può essere modificato anche tramite ponticelli (jumper) posti sulla scheda madre.

Escd

Extended system configuration data. Particolare insieme di dati scritto dal bios nell'integrato cmos della scheda madre, che consente ad alcuni sistemi operativi di riconoscere e di comunicare correttamente con le periferiche plug & play (pnp) presenti. Per avere piena funzionalità, l'escd necessita di bios e sistema operativo di tipo pnp. Al momento dell'avvio del computer, il bios esegue un controllo sull' hardware e, nel caso in cui sia stato installato un nuovo componente pnp, aggiorna automaticamente l'escd inserendovi alcuni dati di riconoscimento ed eventualmente assegnando un irq alla nuova periferica. Al momento del boot l'utente verrà informato della buona riuscita dell'operazione da un messaggio del tipo "update escd successfully".

Memorie firmware

Componenti hardware pre-programmate (rom), una via di mezzo tra hardware e software. Negli anni '80 molti videogiochi venivano venduti come cartridge (cartuccia) comportando caricamenti veloci, limitando i furti per copiatura ma anche spese maggiori.

Rom

Read only memory. Le rom sono costituite da chip. Possono contenere parte del sistema operativo o software generico. Il nome stesso indica che questa memoria viene utilizzata per sola lettura e che quindi non può essere cambiata (ad eccezione delle memorie tipo eprom). Una rom, al contrario di una memoria tipo ram, e' non-volatile, ciò significa che una volta spento il computer i dati della rom vi rimangono memorizzati.

Prom

Programmable rom. E’ una rom che può essere programmata dall' acquirente con una apparecchiatura speciale (programmatore) . 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 . Prende anche il nome di otp (one time prom)

Eprom

Erasable programmable read only memory. Le memorie prom diversamente dalla memoria ram, mantengono l'informazione anche in assenza di corrente elettrica. Le memorie eprom invece si comportano come le prom ma l'informazioni memorizzata in forma binaria può essere cancellata per mezzo di raggi ultravioletti. Probabilmente e' per questo che su alcuni chip e' possibile vedere la lastrina di silicio attraverso uno strato di plastica trasparente, solitamente circolare somigliante ad un piccolo oblò. Dopo aver cancellato il contenuto della memoria, questa può essere di nuovo programmata tramite un dispositivo denominato prom programmer.

Eeprom

Elettrically erasable read only memory. Memoria a sola lettura programmabile e cancellabile elettricamente.
E’ un dispositivo che può essere riscritto direttamente dal circuito su cui si trova . In genere le tensioni di lavoro per le eeprom sono 5 o 12 volt , a seconda del modello .

Flash

É simile alla eeprom e può essere scritta e modificata direttamente dal circuito in cui é inserita.

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