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Sergio Scippacercola » 5.Le memorie, organizzazione dei dati e interfacce


Argomenti

  • Classi di memoria
  • Memoria principale (centrale)
  • Altre memorie
  • Interfacce
  • Supporti
  • Organizzazione dei dati

Due classi di memoria

Le memorie  hanno un ruolo fondamentale nell’elaboratore senza di esse non è possibile utilizzare il modello di von Neumann  in quanto il processore (CPU)  preleva dalle memorie programmi e dati memorizzati in esse. Un programma per essere eseguito deve essere necessariamente memorizzato in memoria centrale. Successivamente le istruzioni del programma sono trasferite una alla volta  dalla memoria centrale al processore     per essere eseguite. Anche i dati eventualmente necessari per l’esecuzione di un’istruzione devono essere memorizzati nella memoria centrale e trasferiti nei registri di lavoro della CPU.

Possiamo classificare le memorie in due classi in base a varie caratteristiche:

  • MEMORIA CENTRALE  possiede media capacità  ma ottima velocità di lettura/scrittura
  • MEMORIA DI MASSA possiede elevata capacità  ma bassa velocità di lettura/scrittura

Suggerimenti per la gestione delle due classi

Per gestire le due classi prevale il principio della minima occupazione della memoria centrale.

Come è illustrato nella figura a lato i  programmi vengono inseriti nella Memoria centrale solo quando è necessario prcedere alla loro esecuizione (in alto nella figura).

Così pure per i dati essi vengono trasferiti dalla memoria secondaria solo al bisogno (al centro della figura).

Inoltre per non occupare troppa memoria centrale è anche possibile registrare invece che tutto un programma,  “pezzi” di programma (qualora sia un programma segmentato) solo al bisogno (in basso nella figura).


Obiettivo della strategia

Inoltre è stata messa a punto una opportuna strategia che ha sempre  per obiettivo la minima occupazione della memoria centrale:

  • i DATI POCO MOVIMENTATI  sono registrati  nelle Memorie ad alta capacità e bassa velocità

 

  • SEGMENTI DI PROGRAMMA E DATI CON ELEVATA FREQUENZA DI ACCESSI  sono invece registrati nella Memoria più veloce

Memoria centrale: struttura

La memoria centrale è un insieme di celle, costituite da un numero fisso di bit  (minimo 8 Bit)  individuabile tramite il suo indirizzo.

La memoria centrale è un insieme di celle, costituite da un numero fisso di bit (minimo 8 Bit) individuabile tramite il suo indirizzo.


Memoria centrale II

La memoria centrale   conserva le informazioni solo se il computer è  in funzione cioè è volatile.  La tecnologia più utilizzata  è la DRAM (Dynamic RAM). Con questa tecnologia la memoria conserva i dati per un periodo molto breve e deve essere aggiornata centinaia di volte al secondo (operazione di refreshing).

La memoria centrale è un insieme di celle o registri, costituite da un numero fisso di bit (da 8=1 byte a 64 bit= 8 byte)

Ogni cella (locazione di memoria) è singolarmente individuabile tramite il suo indirizzo e corrisponde ad una parola (word) di memoria. Il numero massimo di locazioni indirizzabili  è  detto capacità della memoria.


Memoria cache nel processore e tra processore e memoria centrale

Le memorie cache (figura a lato) affiancano la memoria centrale allo scopo di migliorare le prestazioni del sistema in termini di velocità. Sono caratterizzate da elevate prestazioni in termini di velocità.

La memoria cache può essere realizzata tramite un collegamento alla CPU (cache esterna detta anche  cache di secondo livello o cache L2).

Per aumentare ulteriormente le prestazioni una parte della cache può essere integrata nel chip del microprocessore (cache interna o L1).

Le memorie “cache”  sia interna (L1) che esterna (L2) hanno lo scopo di velocizzare il trasferimento dei dati dalla memoria principale (di tipo RAM) al processore.


Memoria virtuale

Con memoria virtuale si intende un ampliamento fittizio della Memoria principale  facendo uso della memoria su disco.

Questa tecnica consente, anche se con prestazioni ridotte del Sistema, la disponibilità di una memoria più ampia rispetto a quella della sola Memoria principale.

Se la memoria centrale non è in grado di contenere tutti i programmi ed i dati necessari si può ricorrere ad una tecnica che permette di simulare la presenza di una memoria più ampia di quella effettivamente presente, con la gestione della memoria virtuale.  Questa tecnica permette di considerare una memoria centrale estesa che si avvale della memoria centrale vera e propria (RAM) e di specifiche aree di memorizzazione su disco.

 

Memorie RAM

  • Le memorie RAM (Random access Memory) sono memorie elettroniche volatili ad accesso casuale con + di 100.000 componenti in ogni chip (VLSI, Very Large Scale Integration). Accesso casuale significa che la lettura o scrittura della memoria avviene impiegando sempre lo stesso tempo in qualsiasi posizione si scriva o si legga. Cioè il tempo per leggere o scrivere un registro della memoria è indipendente dalla posizione del registro. La RAM è utilizzata come Memoria centrale.
  • Con SRAM  si individua una memoria RAM Sincrona, ha tempi di accesso ottimi, si usa come CACHE
  • Con DRAM  si denota la RAM dinamica che ha necessità di “rinfresco” periodico cioè deve essere riscritta periodicamente perché perde i dati, sincronizzata sul clock si chiama SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory). La DRAM è in moduli di memoria di dimensioni standard (DIMM) Double In-line Memory Module.

In merito alla velocità e capacità le DRAM sono più lente ma hanno più capacità, le SDRAM sono più veloci di DRAM e le SRAM sono più veloci ma possiedono meno capacità.

Memorie ROM

Le memorie ROM (Read only memory) sono memorie su cui è possibile leggere ma non scrivere: si dicono a Solo lettura.
Ovviamente sono state scritte una sola volta ed è possibile leggerele un numero infinito di volte.

Sono usate per:

  • microprogrammi della CPU
    • parti invarianti (Caricatore sistema)
    • tabelle di costanti utili
    • parte di SW evoluto (es. interprete linguaggio)
  • Usata per programmi da eseguire con frequenza continua

Memoria centrale: principali caratteristiche

Le caratteristiche della memoria pincipale sono nella:

  • Tecnologia: elettronica (a semiconduttori)
  • Funzionalità: lettura/scrittura
  • Modalità di accesso: casuale
  • Alterabilità:
    • Memorie “vive” sono le  RAM (Random Access Memory)
    • Memorie “morte” sono le ROM, EPROM, PROM

Memoria centrale: parametri di valutazione

Parametri di valutazione della memoria centrale sono:

  • la Capacità intesa come numero totale di celle della memoria (1-4 GB)
  • il tempo di accesso alla memoria (velocità) ( ~ns =miliardesimo di sec) cioè il tempo necessario per accedere ad una qualsiasi locazione della memoria
  • il Costo per bit (…€/MB)

Memoria secondaria: tecnologia e caratteristiche

Le TECNOLOGIE attuali sono: magnetica, ottica, elettronica,magneto-ottica

CARATTERISTICHE:

  • non volatilità
  • non casuali
  • capacità elevata
  • tempo di accesso elevato
  • funzionalità di I/O
  • trasferimento dati in Memoria centrale
  • supporti fissi o rimovibili
  • contenuto: archivi di dati (backup)

Memorie secondarie o ausiliarie

Le memorie secondarie sono:

  • Dischi magnetici fissi (hard disk)
  • Dischi magnetici rimovibili (floppy disk)
  • Pen drive
  • Dischi ottici rimovibili a sola lettura
  • Dischi ottici a lettura e scrittura
  • Nastri magnetici (DAT, stream tape)

Definizione di “supporto” e “campo”

Vengono date alcune definizioni necessarie alla registrazione dei dati sui Supporti.

Definizione di supporto: Mezzo su cui sono registrati i dati

Esempio: supporto magnetico (disco)

Campo

Definizione di campo: Parte del supporto associata ad un attributo

Esempio:

  • N.tel. -> 809
  • Cognome e nome -> Filippucci Mario

Caratteristiche dei supporti

Densità -> Numero di caratteri/area unitaria

Capacità -> Numero totale di caratteri sul supporto

Tempo di accesso necessario ad effettuare una operazione di lettura/scrittura


Tipi di Record

Record fisico: Insieme dei campi letti o scritti da/su un supporto con un’unica operazione.

Si parla di record fisico quando ci si riferisce alla quantità strutturata di byte, oggetto di una singola operazione di lettura o scrittura su memoria di massa, effettuata dal sistema operativo; le caratteristiche del record fisico non sono determinate dall’utente, ma dal sistema operativo e dal tipo del supporto di memoria.
Record logico: insieme dei campi riferiti allo stesso soggetto ma residenti su vari supporti

Si parla di record logico con riferimento ad un insieme di informazioni riferito ad un unico soggetto. Per esempio in un archivio anagrafico della cittadinanza, un recordo logico è costituito dall’insieme dei dati di un singolo cittadino (nome, cognome, sesso, data di nascita, residenza, etc.) ognuno di questi dati viene memorizzato in un campo del record; ciascun campo è caratterizzato dal suo nome, dal tipo di dati che è destinato a contenere e dallo spazio che gli viene riservato in memoria. Le caratteristiche del record logico sono quindi determinate in fase di progetto, per rispondere ai fabbisogni informativi degli utilizzatori.

 

Record fisico

Record fisico

Record logico

Record logico


Tipi di organizzazione

Organizzazione di tipo sequenziale:

i record (con i relativi identici campi) sono registrati in successione.


Tipi di organizzazione

Organizzazione di tipo Indexed Sequential (sequenziale con indici):

i record sono sempre registrati sequenzialmente ma possiedono un campo che viene dichiarato “chiave” del record. Inoltre, viene generato un file, il file degli indici, dove si ritrova la “chiave” associata alla posizione del record dove si trova la stessa chiave.

Tabella indici

Tabella indici


Tipi di organizzazione

Organizzazione di tipo “casuale”:

i record sono registrati e ricercati sulla base di una “relazione” che lega il campo chiave con la posizione del record nel file.

Relazione posizione – chiave es. posizione = codice/100

Relazione posizione - chiave es. posizione = codice/100

Tabella indici

Tabella indici


Tecniche di accesso

Ovviamente un aspetto correlato all’organizzazione in fase di scrittura, è quello della ricerca e lettura di uno specifico record precedentemente memorizzato, si parla in tal caso di tecniche di accesso ai dati. In corrispondenza delle organizzazioni esistono tre tipi di

  1. accesso sequenziale.
  2. accesso con chiave.
  3. accesso diretto.

Nella tecnica di accesso sequenziale si accede al record richiesto, dopo aver esaminato tutti i precedenti. Si attua cioè una scansione in sequenza fino ad arrivare al record ricercato.
Nella tecnica sequenziale con chiave, si cerca il valore della chiave nel file degli indici e si preleva in corrispondenza, la posizione del record. Il reperimento del singolo record risulta più veloce, in quanto la ricerca nel file degli indici è più rapida che nei file dei dati.
Nella tecnica di accesso diretto si applica all’informazione richiesta un algoritmo che consente di determinare la posizione del record sul supporto di memoria.

 


Memorie di massa fisse e rimovibili

 

  • Sono Memorie rimovibili: Nastri, cassette, floppy, cd-rom, dvd, pen drive, etc.

Dischi magnetici ed ottici

Dischi magnetici

  • Hard disk
    • XX GB
  • Floppy disk
    • diametro di 3,5 pollici
    • capacità 1,44 Mbyte
    • formattazione di 80 tracce (suddivise in 18 settori)

Dischi ottici

  • CD-ROM 650 Mbyte
  • DVD 17 GB (17 000 Mbyte)

INTERFACCIA SCSI (Small Computer Standard Interface)

Supporti (dischi)

  • Tempo Posizionamento su traccia: seek time
  • Tempo posizionamento su settore: Tempo di latenza

Supporti (nastri)

I nastri sono ricoperti da uno strato di materiale magnetico. Ogni punto può essere magnetizzato con polarità Nord o Sud (frecce in figura) a cui si può associare un valore 0 o 1, successivamente rilevabile con una testina di lettura.


Interfacciamento tra processore e unità periferiche

Interfaccia parallela (Centronics) o seriale

Gli standard o insieme di regole di interfacciamento definiscono le caratteristiche fisiche, elettriche e logiche dell’interfacciamento:

  • RS-232
  • USB (Universal Serial Bus – 400 Megabit/sec)
  • Wireless (1 Megabit/sec)

DMA: modalità di accesso diretto alla memoria e relativo controllore per trasferimento diretto dei dati tra periferiche e memoria (controllore di DMA).


Elenco dei dispositivi di ingresso-uscita

Le periferiche sono dispositivi che ci permettono di interagire con l’elaboratore.

  • INPUT:
    • Tastiera – Mouse – Trackball – Touchpad – Penna fotoelettrica – Convertitori analogico-numerici – Scanner
    • Lettori ottici – Unità vocali
  • OUTPUT:
    • Video (CRT 1024 X 768 PIXEL) STANDARD SVGA
    • Video cristalli liquidi (lcd)
    • Stampanti laser ed a getto di inchiostro
    • Stampanti ad aghi
    • Dischi, dischetti, nastri
    • Plotter – Unità audio
    • Convertitori analogico-numerici
  • INPUT/OUTPUT: Modem

ATI

  • ATI è l’acronimo di Array Technology Industry, una società canadese che produce schede grafiche.
  • Radeon è il nome di una serie di processori grafici (GPU) che è stata prodotta da ATI a partire dal 2000.

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