Memoria Cache l Memoria molto veloce intermedia tra RAM e CPU l i dati di uso piu’ frequente sono mantenuti nella memoria Cache per minimizzare i trasferimenti tra RAM e CPU l Ci sono due tipi di Cache: –interna al processore (~256KB) –esterna al processore (~2MB)

Memoria RAM, caratteristiche: La memoria RAM è: –veloce (accesso nell’ordine dei nanosecondi) – relativamente costosa –ha dimensioni limitate –è volatile (non può mantenere dati permanenti –è ad accesso diretto (si può accedere a qualsiasi cella senza accedere alle altre)

La memoria secondaria l La memoria principale non può essere troppo grande a causa del suo costo elevato e non consente la memorizzazione permanente dei dati Per questi motivi nell’architettura di un calcolatore è presente un altro tipo di memoria: Memoria periferica o secondaria, è – più lenta – più economica – con capacità di memorizzazione maggiore – in grado di memorizzare i dati in forma permanente

l La memoria secondaria viene utilizzata per mantenere tutti i programmi e tutti i dati che possono essere utilizzati dal computer l La memoria secondaria viene anche detta memoria di massa

l Il processore non può utilizzare direttamente la memoria di massa per l'elaborazione dei dati l Il programma in esecuzione deve essere in memoria centrale e quindi le informazioni devono essere trasferite dalla memoria periferica a quella centrale ogni volta che servono l Quando si vuole eseguire un programma, questo deve essere copiato dalla memoria periferica a quella centrale (caricamento)

Esempio: programma di elaborazione testi l lanciare (aprire) il programma vuol dire caricarlo dalla memoria secondaria alla memoria principale l aprire un documento vuol dire caricarlo dalla memoria secondaria alla memoria principale l salvare un documento vuol dire copiarlo dalla memoria principale alla memoria secondaria

l I supporti di memoria di massa sono molto più lenti rispetto alla memoria centrale (per la presenza di dispositivi meccanici) l Le memorie di massa hanno capacità di memorizzazione (dimensioni) molto maggiori di quelle delle tipiche memorie principali La memoria periferica: caratteristiche generali

l Nel caso della memoria centrale si ha sempre l'accesso diretto ai dati, nel caso della memoria periferica solo alcuni supporti consentono l'accesso diretto mentre altri supporti permettono solo l'accesso sequenziale l La memoria centrale consente di indirizzare il singolo byte di informazione, nelle memorie di massa le informazioni sono organizzate in blocchi di dimensioni più grandi (da 1 KByte in su): –per minimizzare le operazioni di lettura e scrittura –per minimizzare lo spazio di indirizzamento Il blocco è l’unità minima indirizzabile

La memoria periferica: supporti fisici l La memoria periferica deve avere capacità di memorizzazione permanente l Per la sua realizzazione si utilizzano tecnologie basate –sul magnetismo (dischi e nastri magnetici) –sul raggio laser (dischi ottici)

La memoria periferica: I dischi magnetici l Tecnologia basata sulla magnetizzazione: la magnetizzazione è permanente fino a quando non viene modificata per effetto di un agente esterno l I due diversi stati di polarizzazione corrispondono alle due unità fondamentali di informazione (bit) l I dischi magnetici sono i dispositivi di memoria periferica più diffusi

l Sono dei supporti di plastica o vinile, su cui è depositato del materiale magnetizzabile l Nel corso delle operazioni i dischi vengono mantenuti in rotazione a velocità costante e le informazioni vengono lette e scritte da testine (del tutto simili a quelle utilizzate nelle cassette audio/video) l Entrambi i lati di un disco possono essere sfruttati per memorizzare le informazioni

i dischi magnetici l I dischi sono suddivisi in tracce concentriche e settori, ogni settore è una “fetta” di disco. I settori suddividono ogni traccia in porzioni di circonferenza dette blocchi (o record fisici) Traccia Settore Blocco Testina

l La suddivisione della superficie di un disco in tracce e settori viene detta formattazione l Il blocco è dunque la minima unità indirizzabile in un disco magnetico e il suo indirizzo è dato da una coppia di numeri (t, s) che rappresentano il numero della traccia (t) e il numero del settore (s) l I dischi magnetici consentono l'accesso diretto in quanto è possibile posizionare direttamente la testina su un qualunque blocco senza dover leggere quelli precedenti

l Per effettuare un'operazione di lettura (scrittura) su un blocco è necessario che la testina raggiunga l'indirizzo desiderato l Il tempo di accesso alle informazioni sul disco è dato dalla somma di tre tempi dovuti a: –spostamento della testina in senso radiale fino a raggiungere la traccia desiderata (seek time); –attesa che il settore desiderato passi sotto la testina; tale tempo dipende dalla velocità di rotazione del disco (latency time); –tempo di lettura/scrittura vero e proprio dell'informazione Il tempo di accesso ad un disco è dell’ordine dei millisecondi (10 -3 )

Dischi fissi (hard disk) l Gli hard disk (dischi rigidi) sono dischi mgnetici che vengono utilizzati come supporto di memoria secondaria all'interno dell'elaboratore l Sono generalmente racchiusi in contenitori sigillati in modo da evitare qualunque contatto con la polvere (la testina è a distanza minima dal disco e il disco può girare fino a giri al minuto) l I dischi rigidi hanno capacità di memorizzazione elevata, si va da dischi da circa 512 MByte per i personal computer più obsoleti, fino a dischi da più GByte

Sovente gli hard-disk sono formati da una pila di dischi magnetici a due lati.

I floppy disk l I floppy disk (dischetti flessibili) sono supporti rimovibili l Ogni computer è dotato di almeno una unità di lettura- scrittura detta drive, all'interno della quale l'utente può inserire i propri dischetti l I floppy disk sono di materiale plastico e ricoperti da un piccolo stato di sostanza magnetizzabile l I tempi di accesso sono più alti di quelli dei dischi rigidi (c.a. 500 giri al secondo) l Oggi sono comuni floppy disk da 3.5" hanno una capacità di memorizzazione dai 500 KByte ai due Mbyte, a seconda della densità (standard è 1,44MB, 80 tracce e 18 settori) l A differenza degli hard disk i floppy disk sono mantenuti fermi fino a quando non si deve accedere ad essi

La memoria periferica:i dischi ottici (CD) l Le tecnologie dei dischi ottici sono completamente differenti e sono basate sull'uso di raggi laser l Il raggio laser è un particolare tipo di raggio luminoso estremamente focalizzato che può essere emesso in fasci di dimensioni molto ridotte l Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da superfici diverse, e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini per immagazzinare informazione

Ogni unità di superficie può essere forata o non forata e questo corrisponde ai due diversi tipi di informazione elementare (bit) L'informazione contenuta su un'unità di superficie può essere letta guardando la riflessione del raggio laser proiettato sulla superficie stessa Aggregazioni di informazioni possono essere ottenute dividendo una superficie di grandi dimensioni in molte unità elementari, ognuna delle quali rappresenta un singolo bit

FONTE LUMINOSA

Struttura di un CD

La lettura è un’operazione facile e avviene mediante un raggio laser La scrittura è un'operazione complicata, che richiede una modifica fisiche del disco Ci sono due tipi di CD l I CD ROM ovvero Compact Disk Read Only Memory: consentono solamente operazioni di lettura l I CD WORM ovvero Compact Disk Write Once Read Many: possono essere anche scritti, ma una sola volta perché le modifiche fisiche che avvengono durante la fase di scrittura sono irreversibili. Si usa un masterizzatore.

l I dischi ottici vengono usati solitamente per la distribuzione dei programmi e come archivi di informazioni che non devono essere modificate l I dischi ottici hanno una capacità di memorizzazione superiore rispetto ai dischi magnetici ma sono più lenti l Le dimensioni tipiche per i dischi ottici utilizzati oggi vanno dai 500 MByte in su, fino a uno o più GByte l I dischi ottici hanno costo inferiore, sono molto più affidabili e difficili da rovinare

l DVD (Digital Versatile Disk) o (Digital Video Disk) –Capacità attuale di ~5GB –Il lettore DVD costa poco più di un lettore CDROM e legge anche i CDROM l DVD-R scrivibili solo una volta l DVD-RAM leggibili e scrivibili

Modalità di accesso ad un CD l Nei CD di uso comune le informazioni sono memorizzate lungo un’unica traccia a spirale che parte dal centro del disco e viene segmentata in blocchi separati da spazi vuoti (gap) l E` facile realizzare delle tabelle di accesso con chiave: ad ogni chiave è associato l’indirizzo del blocco in cui si trova la chiave l Ad esempio, nei CD musicali è possibile accedere direttamente al brano a cui siamo interessati (senza leggere il contenuto dei blocchi precedenti)

Memorie Flash l Memorie flash: sono memorie elettroniche –molto veloci, –permanenti –riscrivibili –costose l Utilizzate anche per applicazioni quali agende elettroniche e fotocamere digitali

Nastri magnetici l Simili ai nastri per le video/audiocassette l Consentono solo accesso sequenziale l estremamente economici l molto lenti l usati per back-up periodico o archiviazione

Prestazioni memoria TipoDimensioni TempoMB/sec Registro< 1KB < 0,5ns ~ Cache< 2MB < 10ns5000 ~ RAM< 4GB < 100ns1000 ~ 5000 Dischi> 50GB < 10ms 20 ~ 40 Nastri >10GB~ 100ms~ 1