Hardware - Parte 2

Informatica generale - hardware

1. Memoria veloce - RAM

• Il microprocessore, per funzionare, ha bisogno di uno spazio dove memorizzare le parti di programma che utilizza e i dati che deve elaborare.

• Tale spazio è rappresentato dalla memoria centrale ad accesso casuale, detta più comunemente RAM (Random Access Memory, Memoria ad Accesso Casuale).

• Perché random? Dal momento che ogni cella di memoria è identificata univocamente da uno specifico indirizzo di memoria, il processore è in grado di ritrovare immediatamente un dato registrato nella RAM, al contrario di quanto avviene su un nastro in cui i dati possono essere scorsi solo sequenzialmente (stessa differenza tra CD e audiocassetta).

• Come abbiamo visto, la RAM è costituita da chip che vengono inseriti in appositi spazi presenti sulla motherboard.

2. Unità di misura della memoria

• Convenzionalmente, 8 bit costituiscono 1 byte.

• Per dare un'idea di che cos'è un byte, si tenga presente che può essere identificato come l'ingombro di memoria di un singolo carattere digitato a tastiera.

• La quantità di memoria di un computer si misura mediante i multipli del byte, ossia:

  • 1 Kilobyte (1 KB) = 1024 byte
  • 1 Megabyte (1 MB) = 1024 KB, ossia 1.048.576 byte
  • 1 Gigabyte (1 GB) = 1024 MB, ossia circa 1,07 miliardi di byte
  • 1 Terabyte (1 TB) = 1024 GB, ossia circa 1100 miliardi di byte

3. Perché un kilobyte è composto da 1024 byte e non 1000?

• Ricordiamo che tutta la logica del calcolatore si basa sull’aritmetica binaria: 1024 è una potenza di 2 (2¹⁰), mentre 1000 no (è infatti una potenza di 10, base della notazione decimale che siamo abituati ad usare).

• Gli attuali computer sono dotati di quantità di memoria RAM nell'ordine delle centinaia di megabyte (256-512) o dei gigabyte (1 o 2), mentre i dischi fissi hanno capacità nell'ordine delle decine di gigabyte (40-80).

4. Memoria veloce - RAM (continua)

• La RAM è un importante indicatore della capacità del computer, perché immagazzina i dati sui quali il computer sta eseguendo le proprie elaborazioni.

• Maggiore è la dimensione della RAM, più grande è il numero di dati sui quali può operare la CPU per l'elaborazione.

• Una configurazione minima richiedeva fino a poco tempo fa una RAM di almeno 512 megabyte, indispensabili a sistemi operativi come Windows, caratterizzati da interfacce grafiche; con VISTA siamo però giunti all’ordine dei Gigabyte (almeno 1…ma meglio 2 …)!

• La memoria RAM è detta "volatile" perché conserva i dati solo fino allo spegnimento del computer.

5. Memoria veloce - Cache

• La memoria Cache è una memoria di tipo RAM molto veloce, in piccola quantità (128-256 KB), strettamente connessa alla CPU che migliora la performance del sistema mantenendo una copia dei dati usati più di recente.

• Esiste una cache della memoria ma anche una cache del disco.

• La cache della memoria può essere a due livelli.

• Sullo stesso principio funziona la cache dei browser web, che mantiene sul client i dati acceduti più di recente.

6. Principi di base della Cache

• Algoritmo seguito:

  • Il dato viene cercato prima nella cache.
  • Se è presente abbiamo finito (cache hit).
  • Se non è presente si legge in RAM e si mette una copia nella cache (cache miss); se non c’è spazio di solito si sovrascrive la posizione con dati utilizzati meno di recente (strategia LRU Least Recently Used).
  • Per le scritture generalmente si scrive la RAM e si aggiorna la copia se c’è.

• Principio di località temporale: se un programma accede una parola al tempo t è molto probabile che la stessa parola sia acceduta di nuovo a breve.

• Principio di località spaziale: se il programma accede all’indirizzo K è molto probabile che anche gli indirizzi vicini siano acceduti a breve.

7. Memoria veloce - ROM

• La ROM (Read Only Memory) è un tipo di memoria a sola lettura nonvolatile contenente dati e istruzioni che non possono essere modificati (ad esempio firmware legato ad un particolare dispositivo).

• I tipi più moderni come l’EPROM (erasable programmable read-only memory) sono riprogrammabili ma sono ancora descritti come "read-only memory" perché la riprogrammazione è infrequente, molto lenta e spesso non permette l’accesso casuale a celle individuali di memoria come avviene per la lettura.

• La memoria ROM-BIOS (Basic Input Output System) è un insieme di procedure registrate in un chip di ROM all'interno dei PC IBM-compatibili, per riconoscere e inizializzare le componenti hardware alla partenza del computer.

• Si tratta di routine che gestiscono tutte le funzioni di input/output, comprese quelle grafiche. Quando l'hardware subisce modifiche è sufficiente aggiornare il BIOS senza bisogno di riscrivere tutti i programmi.

8. Memoria di massa - hard disk

• La memoria centrale dell'elaboratore, per quanto grande sia diventata, non può contenere tutti i programmi che servono all'utente per essere produttivo. Inoltre è volatile!

• L’hard disk (disco fisso o rigido) è la principale unità di archiviazione dei dati, memorizzati magneticamente.