Struttura di una memoria RAM
Breve tutorial di MC2 E-Learning sulla struttura di una memoria RAM
La RAM (Random Access Memory o memoria ad accesso casuale) è la memoria in cui il Computer conserva iprogrammi e i dati durante la loro esecuzione, quindi, maggiore è la quantità di RAM disponibile, maggiore è il numerodiprogrammi e files (o finestre) che si possono tenere aperti contemporaneamente, maggiore è anche la loro velocità di esecuzione!
La RAM è disponibile inModuli (o Banchi) di tipo SIMM (Single In Line Memory Modules) (figura 1) nei PC un po’ più datati, e di tipo DIMM (Dual In Line Memory Modules) o SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) (figura 2) in quelli più moderni.
Si tratta in pratica di piccole schede con circuiti integrati di memoria preinstallati .
Quando si faclick su di un’icona generalmente si fa partire unProgramma.
LaCPU (o Microprocessore centrale) inizia l’elaborazione del Programma, richiamando i dati (sequenze di bit 0 e bit 1) dal Disco Fisso direttamente nellaRAM , nella quale essi (I dati) vengono temporaneamente memorizzati fintantochè la CPU ne ha bisogno.
IProgrammi (lo ricordiamo) sono anch’essi dei files (sequenze di byte) e devono necessariamente essere caricati in memoria (la RAM) per essere elaborati dalla CPU! (l’accesso alla RAM è molto più veloce che al Disco).
Alla chiusura del Programma (che avviene solitamente quando si chiude la Finestra Principale, es. Word) allora i dati che erano nella RAM vengono cancellati: ecco perchè la RAM viene paragonata ad una LAVAGNA!
Abbiamo visto che la RAM altro non è che un circuito integrato (Chip). Esso è composto da milioni di transistors e condensatori. Un transistor e un Condensatore vengono accoppiati per creare una “Cella” di memoria. Il Condensatore “memorizza” il Bit di informazione (0 oppure 1) mentre il Transistor agisce come uno scambio ferroviario, cioè permette due operazioni: la lettura del bit, oppure la sua modifica (o scrittura).
Lacella di memoria dev’essere costantemente “ricaricata” elettricamente (figura 3)
Le celle sono organizzate, come in un alveare, in righe e in colonne (figura 4). Conoscere lariga e la colonna equivale a conoscere l’indirizzo della cella. I termini “locazione di memoria” e “Cella” sono equivalenti.
SRAM
Le RAM statiche mantengono attiva la cella in cui è memorizzata l’informazione (bit) fintantochè sono alimentate da corrente elettrica e non necessitano di Refresh (poiché le celle non contengono condensatori ma soltanto transistori).
DRAM
LeRAM Dinamiche invece necessitano diRefresh per non perdere l’informazione contenuta nella cella. Il Refresh (o ricarica) è l’operazione compiuta dal controller di memoria (o direttamente dalla CPU) per riportare a livello alto (bit 1) i condensatori delle celle, prima che essi perdano la carica elettrica: in pratica si tratta di una doppia operazione di lettura/scrittura, la quale avviene migliaia di volte al secondo!
Le RAM Statiche (più veloci ma di capacità di memoria troppo piccole) vengono impiegate per costituire le memorie CACHE (1 e 2 livello) mentre le RAM Dinamiche (un pò più lente ma di capacità di memoria molto maggiori) costituiscono la RAM vera e propria del sistema. Le Memorie Statiche sono più costose di quelle Dinamiche.
L’accesso ad una memoria può esseresequenziale (lettura di tutti le celle ad iniziare dalla prima e fino ad incontrare quella desiderata)…
…oppure casuale (o meglio ad accesso diretto) cioè viene letta direttamente la cella desiderata. E’ chiaro che in questo secondo caso occorre un sistema di indirizzamento
Esempi di memorie ad accesso sequenziale sono le CACHE oppure iNASTRI.
Esempi di memorie ad accesso casuale sono leRAM oppure i DISCHI FISSI.
Che cos'è la memoria CACHE ?
Si tratta di memorie ad accesso sequenziale e di ridotta capacità di memoria (256 o 512 KiloBytes).
Ne esistono di 2 tipi: la “Cache” di primo livello (L1) e la “Cache” di secondo livello (L2) (figura 5).
La Cache L1 è la memoria cache di primo livello, una piccola zona di memoria integrata nel processore, è strettamente accoppiata alla CPU e serve come memoria temporanea di appoggio per i dati e le istruzioni più usate dal processore. La suavelocità è 20 volte superiore a quella della Ram.
La Cache L2, detta cache di secondo livello, è esterna al processore, la sua velocità e da 4 a 10 volte superiore a quella della Ram.
Lo scopo della memoria CACHE è quello di accelerare il reperimento dei dati da parte dellaCPU e quindi di accelerare la velocità di esecuzione dei programmi.
Che cos'è il controller della memoria ?
Per ragioni tecniche la memoria RAM non può essere collegata direttamente alBUS locale del Microprocessore (CPU).
Per soddisfare I requisiti di “temporizzazione” e di “refresh” è necessario uncontroller (un circuito integrato) che funga da “ponte” tra ilBus locale della CPU e i chip di memoria RAM (figura 6).
Normalmente il controller della memoria è integrato nel chipset della scheda madre.
Schema di accesso alla RAM (figura 7)
Dopo che ilcontroller della memoria ha ricevuto la richiesta dati (1) dalla CPU, vengono attivate la riga (2) e la colonna (3) relative alla locazione di memoria da leggere (o da scrivere). In seguito il dato viene inviato ai pin di uscita (4) della RAM.
Riepilogando, la CPU non comunica mai direttamente con la RAM, ma con la CACHE, la quale a sua volta reperisce i dati dalla RAM.
Se la RAM è insufficiente a contenere dati e programmi, allora entra in gioco la Memoria Virtuale: una zona del Disco Fisso di proporzioni variabili viene “dedicata” a contenere i dati RAM in eccesso, estendendone “virtualmente” la capacità, a prezzo però di un “rallentamento” delle prestazioni del Sistema (l’accesso al Disco è molto più lento che quello alla RAM)
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Dr.Maurizio Cucchiara
autore del corso:
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