View
377
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Le memorie
INSEGNAMENTO DI INFORMATICA – A.A. 2015-16
Francesco Ciclosi
Macerata, 27 ottobre 2015
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Categorie di memorie
Le principali categorie di memorie sono:
• ROM (Read Only Memory), memoria di sola
lettura
• RAM (Random Access Memory), memoria ad
accesso casuale
Sono molto veloci perché trasmettono i dati
elettronicamente
Non hanno parti mobili
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Il termine ROM
Il termine è stato coniato per indicare le ROM a
maschera, create con un processo litografico
Ma viene anche utilizzato per identificare alcune
memorie che posso essere cancellate o
riprogrammate con particolari procedimenti
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La ROM (1/3)
È statica e inalterabile
Viene detta memoria non volatile
Il suo contenuto è definito in sede di
fabbricazione e non è modificabile dall’utente
Lo spegnimento dell’elaboratore non altera i
dati in essa contenuti
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La ROM (2/3)
Alcune memorie sono scrivibili una sola volta:
• PROM, OTPROM
Altre sono riscrivibili più volte:
• EPROM, EEPROM, EAROM e flash ROM
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La ROM (3/3)
Gli elementi fisici utilizzati dalle ROM sono
diodi o transistor
A livello architetturale la ROM utilizza una
matrice in cui ad ogni intersezione di riga e
colonna vi è una cella di memoria in cui viene
scritto il bit in sede di costruzione
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Schema elettrico di una memoria ROM
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Tipologie di ROM (1/3) MROM
• È la prima tipologia di ROM a stato solido realizzata
• I dati sono scritti nella ROM a maschera in fase di
costruzione
• La sua minima modifica comportava il cambiamento
dell’intera linea di produzione
PROM
• È un evoluzione «programmabile» della MROM
• Può essere scritta una sola volta con uno speciale sistema
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Tipologie di ROM (2/3)
EPROM
• È un’evoluzione della PROM (Erasable e Programmable)
• Può essere scritta e riscritta (mediante raggi U/V)
dall’utente successivamente alla sua costruzione
EEPROM
• È un’evoluzione della EPROM
• Può essere scritta e riscritta
• La cancellazione dei dati avviene elettricamente con
utilizzo di tensioni più elevate
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Tipologie di ROM (3/3)
EAROM
• È una tipologia di EEPROM che prevede la
modifica di un bit alla volta in luogo di blocchi di bit
Flash ROM
• È una memoria di tipologia EEPROM
• Quando viene chiamata con questo nome ci si
riferisce al suo impiego come ROM e non come
memoria di massa
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La RAM
È detta memoria centrale o memoria dell’utente
È una memoria di tipo volatile
Lo spegnimento dell’elaboratore determina la
cancellazione dei dati in essa contenuti
Consente l’accesso random (casuale) ai dati,
senza bisogno di rispettare una sequenza ben
definita
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Una semplice analogia
La RAM è il tabellone di gioco, la ROM il libretto delle istruzioni
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Tipi di memoria
Esistono vari tipi di memoria
che si differenziano per
velocità, costo e ambito d’uso
I principali tipi sono:
• la DRAM (Dynamic RAM)
• la SRAM (Static RAM) Wafer chip DRAM
Moduli DRAM Moduli SRAM
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La DRAM (Dynamic RAM)
È il tipo di memoria centrale più diffuso
Le celle di memoria mantengono i dati solo
per breve tempo e quindi devono essere
aggiornate centinaia di volte al secondo
Si suddivide in varie sotto tipologie
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Tipologie di DRAM (1/5)
FPM (Fast Page Mode) DRAM
• È stata la prima tipologia di memoria per i sistemi
desktop
EDO (Extended Data Out) DRAM
• È leggermente più veloce della FPM
BEDO (Burst EDO) DRAM
• Invia alla CPU sia l’indirizzo richiesto che il
successivo assumendo che gli indirizzi siano richiesti
in successione
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Tipologie di DRAM (2/5)
SDRAM (Synchronous DRAM)
• È in grado di sincronizzarsi con il clock che controlla
la CPU, eliminando le discrepanze di tempo e
rendendo i trasferimenti più veloci e affidabili
DDR DRAM (Double Data Rate) DRAM
• È simile alla SDRAM ma in grado di trasportare il
doppio dei dati nello stesso ciclo di accesso
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Tipologie di DRAM (3/5)
DDR2 DRAM
• È un’evoluzione della DDR RAM in grado di
trasportare il doppio dei dati
DDR3 DRAM
• È un’evoluzione della DDR2, che consente una
duplicazione della velocità di trasferimento variabile
tra 800 Mbit/s e 1,5 Gbit/s
• Opera a una tensione di 1.5 o 1.65 V con una
frequenza compresa tra 800 e 2133 MHz
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Tipologie di DRAM (4/5)
DDR4 DRAM
• È un evoluzione della DDR3 con maggiore densità,
tensione inferiore e maggiore velocità di trasferimento
dati
• Opera a una tensione di 1,2 V con una frequenza
compresa tra 1600 e 3200 MHz
• I moduli DDR4 possono anche essere fabbricati con
una densità due volte superiore rispetto alle DDR3
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Tipologie di DRAM (5/5)
RDRAM (Rambus DRAM)
• È una tecnologia proprietaria di Intel
• È molto veloce ma poco diffusa per l’alto costo e
per le modifiche richieste al sistema
• Invia i dati su di un canale ad alta velocità (10 volte
più veloce della DRAM standard)
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
DDR DRAM: approfondimento (1)
Trasmette i dati sia sul fronte di salita che sul
fronte di discesa del ciclo di clock
Consente quindi di raddoppiare la velocità di
trasferimento senza aumentare la frequenza del
bus di memoria
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
DDR DRAM: approfondimento (2)
Lavora con i cosiddetti prefetch buffer, utilizzati
per collezionare i dati prima di fornirli a
un’interfaccia più veloce
La DDR utilizzava un prefetch di 2, la DDR2 uno
di 4 e la DDR3 uno di 8
Il differente prefetch determina la differenza
prestazionale e il dilatarsi dei tempi di latenza
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Alcuni tipi di DDR
DDR2
DDR3
DDR4
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Compatibilità dei moduli DDR
I moduli DDR3 sono
identici per forma e per
dimensioni ai precedenti,
ma non sono tra di loro
intercambiabili
La tensione utilizzata dai
moduli DDR3 è differente
Per evitare errori di
assemblaggio la tacca è
stata riposizionata
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Il problema della latenza
La velocità di trasferimento è notevolmente
influenzata dai fenomeni di latenza
• che si verificano nelle operazioni di lettura/scrittura
• che dipendono dal tipo e dalla qualità del chip
• e che derivano dalla frequenza di funzionamento
A ogni banco di memoria sono associati dei tempi
caratteristici (timing), misurati in unità di cicli di
clock (dove i valori bassi equivalgono a prestazioni
migliori a parità di frequenza)
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
I principali timing (1)
CAS Latency Time (tCl)
• Utilizzato durante un’operazione di lettura, indica
l’intervallo di tempo tra l’istante in cui il comando di
lettura giunge ad una certa cella di memoria e quello
in cui inizia il trasferimento dei dati
• Per identificare una cella di memoria, prima si
seleziona l’indirizzo di riga e infine quello di colonna
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
I principali timing (2)
RAS to CAS Delay Time (tRCD)
• È l’intervallo di tempo che intercorre tra
l’attivazione della riga e della colonna che
identificano la cella di memoria in cui si vuole
leggere o scrivere il dato, ovvero il ritardo del
segnale CAS rispetto al segnale RAS
RAS Precharge Time (tRP)
• È il ritardo tra il momento in cui viene inviato un
comando di selezione riga e il comando successivo
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
I principali timing (3)
Active-to-Precharge Delay (tRAS)
• Riguarda i diversi passi in cui può essere suddiviso il
processo di accesso alla memoria
• Il suo numero indica il numero minimo di cicli che
intercorrono fra i comandi «active» e «precharge»
Row Cycle Time (tRC)
• È l’intervallo di tempo intercorrente tra l’attivazione
consecutiva di 2 righe di memoria dello stesso
banco
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
DDR e CAS
Il CAS (Column Address Select) indica il
numero di cicli di clock che servono alla RAM
per «riempire» il proprio prefetch buffer
• Le DDR1 lavoravano con CAS di 2/2,5/3 cicli di
clock
• le DDR2 arrivano a CAS 3/4/5
• le DDR3 ora arrivano a CAS 5/6/7/8
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
I moduli di memoria (1/2)
Normalmente i chip di memoria non sono
inseriti direttamente nel computer
I chip vengono installati in appositi circuiti
stampati (moduli di memoria), poi inseriti negli
slot di espansione della scheda madre
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
I moduli di memoria (2/2)
Esistono due tipi di moduli (form factor):
• DIMM (Dual In-line Memory Module), utilizzabili
singolarmente
• SIMM (Single In-line Memory Module), utilizzabili
a coppia di moduli
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La SRAM (Static RAM) – (1/2)
È un tipo di RAM volatile che non necessita di
refresh
Consentono di mantenere le informazioni ivi
contenute per un tempo teoricamente illimitato
Hanno bassi tempi di lettura e bassi consumi
Sono più costose della DRAM perché usano
molti componenti per cella
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La SRAM (Static RAM) – (2/2)
Sono solitamente utilizzate per le memorie cache
La famiglia delle memorie SRAM si divide in:
• async SRAM (SRAM asincrona)
o Lavora in modo asincrono rispetto al clock della CPU
o Viene utilizzata come cache di secondo livello (L2)
• sync SRAM (SRAM sincrona)
o Lavora in sincronia con il clock della CPU (tempi di attesa
ridotti)
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Altre tipologie di memoria
Oltre alla RAM in ogni sistema esistono differenti
tipi di memoria che si contraddistinguono anche
per la particolare funzione di utilizzo
• La memoria virtuale
• La cache
• I buffer
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La memoria virtuale (1/2)
La RAM ha una dimensione limitata, pertanto
molti dati e programmi vengono memorizzati
nell’hard disk usando la memoria virtuale
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La memoria virtuale (2/2)
I dati in eccesso rispetto allo spazio disponibile nella RAM vengono
memorizzati nell’hard disk fintanto che non sono necessari
Se richiesti, i dati vengono trasferiti dall’hard disk alla RAM,
mentre altri dati effettuano il percorso inverso per liberare spazio
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La cache (1/3)
È un area di memoria ad alta velocità localizzata
tra la CPU e la memoria centrale
Serve a velocizzare le operazioni di
trasferimento dei dati tra la CPU, il disco fisso e
la memoria centrale
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La cache (2/3)
Quando la CPU cerca un dato
• controlla prima la cache
• se non lo trova lo carica dalla memoria centrale
Memoria Cache Dati Cache hit
Cache miss
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
La cache (3/3)
Il computer cerca di determinare
preventivamente cosa caricare nella cache
Solitamente se la CPU richiede un dato, questo
viene caricato nella cache insieme al successivo
(che potrebbe servire)
Non sempre l’elaborazione riesce a determinare
con esattezza il contenuto della cache
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Tipologie di cache
La memoria cache utilizza chip di memoria
particolarmente veloci e costosi (SRAM)
Esistono più livelli di cache:
• L1 (cache interna o primaria), fa fisicamente parte del
microprocessore (si misura in kB)
• L2 (cache esterna o secondaria), è costituita da chip di
memoria installati (in moduli) sulla mainboard (MB)
• L3, collocata tra la cache L2 e la memoria principale, è
implementata in un apposito chip esterno alla CPU (MB)
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Alcune implementazioni
delle cache L1 e L2
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
I buffer
Consistono in una data area della memoria RAM
che viene riservata da alcuni processi per vari utilizzi
La loro natura è dinamica
Esempi di buffer sono:
• Il buffer dei caratteri digitati con la tastiera
• Il buffer degli ultimi comandi usati
• Il buffer delle modifiche effettuate su di un file
• Gli appunti di Windows (clipboard) utili per le
operazioni di “copia”-”incolla” (CTRL+C – CTRL+V)
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
I miei contatti linkedin
http://it.linkedin.com/pub/francesco-ciclosi/62/680/a06/
https://www.facebook.com/francesco.ciclosi
@francyciclosi
www
http://www.francescociclosi.it
Recommended