Memoria Cache
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Memoria molto veloce intermedia tra RAM e
CPU
i dati di uso piu’ frequente sono mantenuti
nella memoria Cache per minimizzare i
trasferimenti tra RAM e CPU
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
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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
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La memoria secondaria viene utilizzata per
mantenere tutti i programmi e tutti i dati che
possono essere utilizzati dal computer
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La memoria secondaria viene anche detta
memoria di massa
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Il processore non può utilizzare direttamente
la memoria di massa per l'elaborazione dei
dati
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
Quando si vuole eseguire un programma,
questo deve essere copiato dalla memoria
periferica a quella centrale (caricamento)
Esempio: programma di elaborazione testi
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lanciare (aprire) il programma vuol dire
caricarlo dalla memoria secondaria alla
memoria principale
aprire un documento vuol dire caricarlo dalla
memoria secondaria alla memoria principale
salvare un documento vuol dire copiarlo
dalla memoria principale alla memoria
secondaria
La memoria periferica: caratteristiche generali
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I supporti di memoria di massa sono molto più lenti
rispetto alla memoria centrale (per la presenza di
dispositivi meccanici)
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Le memorie di massa hanno capacità di
memorizzazione (dimensioni) molto maggiori di
quelle delle tipiche memorie principali
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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
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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
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La memoria periferica deve avere capacità di
memorizzazione permanente
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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
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Tecnologia basata sulla magnetizzazione: la
magnetizzazione è permanente fino a quando non
viene modificata per effetto di un agente esterno
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I due diversi stati di polarizzazione corrispondono
alle due unità fondamentali di informazione (bit)
I dischi magnetici sono i dispositivi di memoria
periferica più diffusi
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Sono dei supporti di plastica o vinile, su cui è
depositato del materiale magnetizzabile
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)
Entrambi i lati di un disco possono essere
sfruttati per memorizzare le informazioni
i dischi magnetici
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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
Testina
Blocco
Settore
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La suddivisione della superficie di un disco in tracce e settori
viene detta formattazione
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)
I dischi magnetici consentono l'accesso diretto in quanto è
possibile posizionare direttamente la testina su un qualunque
blocco senza dover leggere quelli precedenti
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Per effettuare un'operazione di lettura (scrittura) su un blocco è
necessario che la testina raggiunga l'indirizzo desiderato
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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)
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Gli hard disk (dischi rigidi) sono dischi mgnetici che
vengono utilizzati come supporto di memoria
secondaria all'interno dell'elaboratore
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 10000 giri al minuto)
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
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I floppy disk (dischetti flessibili) sono supporti rimovibili
Ogni computer è dotato di almeno una unità di letturascrittura detta drive, all'interno della quale l'utente può
inserire i propri dischetti
I floppy disk sono di materiale plastico e ricoperti da un
piccolo stato di sostanza magnetizzabile
I tempi di accesso sono più alti di quelli dei dischi rigidi (c.a.
500 giri al secondo)
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)
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)
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Le tecnologie dei dischi ottici sono completamente
differenti e sono basate sull'uso di raggi laser
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Il raggio laser è un particolare tipo di raggio luminoso
estremamente focalizzato che può essere emesso in
fasci di dimensioni molto ridotte
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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
0 1 1 1 0
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
 I CD ROM ovvero Compact Disk Read Only Memory:
consentono solamente operazioni di lettura
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.
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I dischi ottici vengono usati solitamente per la distribuzione
dei programmi e come archivi di informazioni che non
devono essere modificate
I dischi ottici hanno una capacità di memorizzazione
superiore rispetto ai dischi magnetici ma sono più lenti
Le dimensioni tipiche per i dischi ottici utilizzati oggi vanno
dai 500 MByte in su, fino a uno o più GByte
I dischi ottici hanno costo inferiore, sono molto più affidabili e
difficili da rovinare
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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
DVD-R scrivibili solo una volta
DVD-RAM leggibili e scrivibili
Modalità di accesso ad un CD
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)
 E` facile realizzare delle tabelle di accesso con chiave:
ad ogni chiave è associato l’indirizzo del blocco in cui si
trova la chiave
 Ad esempio, nei CD musicali è possibile accedere
direttamente al brano a cui siamo interessati (senza
leggere il contenuto dei blocchi precedenti)
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Memorie Flash
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Memorie flash: sono memorie elettroniche
– molto veloci,
– permanenti
– riscrivibili
– costose
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Utilizzate anche per applicazioni quali
agende elettroniche e fotocamere digitali
Nastri magnetici
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Simili ai nastri per le video/audiocassette
Consentono solo accesso sequenziale
estremamente economici
molto lenti
usati per back-up periodico o archiviazione
Prestazioni memoria
Tipo
Dimensioni Tempo
MB/sec
Registro
< 1KB
< 0,5ns
20 000 ~ 100 000
Cache
< 2MB
< 10ns
5000 ~ 10 000
RAM
< 4GB
< 100ns
1000 ~ 5000
Dischi
> 50GB
< 10ms
20 ~ 40
Nastri
>10GB
~ 100ms
~1