Prima Lezione: La memoria di un pc • Cosa devo memorizzare

Prima Lezione: La memoria di un pc
 Cosa devo memorizzare?
◦ Istruzioni (programmi)
◦ Dati (da elaborare tramite i programmi)
 Come faccio a codificare le info da Memorizzare (istruzioni o dati)
◦ Codifiche Numeri: Complemanto a due, singola e doppia preciosione,..
◦ Codifiche: codice ASCII, Unicode, UTF-8, etc
 E le istr.? C’è una codifica binaria anche per loro ( Campo Operazione seguito
dal/dai campo/i operando/i)
 Come memorizzo FISICAMENTE le ifo? come le leggo/modifico? → Dipende
dal tipo di memoria
◦ Memoria Centrale: 0=tensione bassa 1=tensione alta
◦ Memorie Magnetiche: Magnetizzazione in un verso o nell'altro
◦ Memorie Ottiche: Land o Pit
 Classificazione delle Memorie:
◦ Volatili, permanenti,
◦ Accesso casuale e sequenziale
◦ Funzione svolta
▪ Registri e registri della CPU
▪ memoriaC
▪ Memorie di massa
 Principali tipologie di Memorie:
◦ RAM
◦ Hard Disk
◦ Cache
◦ Usb
◦ Dischi stato solido
◦ CD/DVD
Classificazione in base alla capacità e al tempo di accesso → Gerarchia delle memorie
(Libro TP pag. 76-78)
Seconda Lezione: La memoria cache (pg. 76-78 libro tp)
Non la principale.. seguiamo solo la gerarchia
La velocità di elaborazione delle CPU è cresciuta molto più velocemente rispetto alla
velocità di accesso alla memoria si è reso dunque necessario introdurre una memoria
intermedia più veloce → MEMORIA CACHE



Veloce, invisibile al programmatore (risposta al problema velocità di elaborazione
>> velocità accesso in memoria)
Mantiene le parole usate più di recente → principi di località spaziale e temporale
(è probabile che nel prossimo futuro si riutilizzino le parole di memoria utilizzate
di recente ed è possibile utilizzare parole vicine a queste)
La cache di solito viene divisa tra Cache dati e cache istruzioni

Problema: Un operazione di lettura basta farla in cache, un operazione di scrittura
deve, prima o poi, essere riportata in memoria centrale. Due soluzioni
◦ Riporto l'aggiornamento immediatamente (Write Trought). In questo caso la
cache è utile solo x le letture
◦ Riporto l'aggiornamento solo quando il dato verrà cancellato dalla cache
(Write Back)
Si guadagna tanto o poco utilizzando la cache? Dipende da quanto spesso si trova il dato
nella cache → CACHE HIT: percentuale di volte in cui il dato viene trovato in cache
 Calcolo del tempo di accesso medio alla memoria
◦ Dati:
▪ Cache Hit: ch
▪ Tempo di accesso in memoria centrale: tmc
▪ Tempo di accesso in cache: tc
▪ Tempo medio: ch * tc + (1-ch) * (tmc+tc)
▪ Spiegazione: Se il dato si trova nella cache si accede solo alla cache; se il
dato non si trova nella cache, dopo averlo cercato senza successo, bisogna
accedere in MC quindi, in questo caso, il tempo di accesso è dato dalla
somma dei due tempi di accesso.
Terza Lezione: La meoria centrale dal punto di vista logico-funzionale
Memoria centrale come insieme di celle indirizzabili
Cosa memorizzo nella memoria centrale?
Dati/Istruzioni
MC dal punto di vista logico:
Serie di registri indirizzabili (Scatola nera)
Corrispondenza bit indirizzo/Area di mem. Indirizzabile →
Schema della memoria Selettore + n registri (schema pag.160 lt)
Operazioni sulla Memoria
Lettura (indirizzo) → Dato letto nel MDR
Scrittura(indirizzo,Dato) → modifica della cella indirizzata con il dato presente
nel MDR
Funzionamento Memoria: Selezionare la cella corrispondente
Per selezionare la cella viene utilizzato un circuito combinatorio detto Decoder che
riceve n ingressi e 2n Uscite numerate. Il funzionamento consiste nel mettere 1 in
corrispondenza dell'uscita avente numero corrispondente all'ingresso.
Funzionamento Memoria: Memorizzare un Bit
Per memorizzare un bit si utilizzano dei circuiti sequenziali chiamati Flip-Flop.
In particolare consideriamo il Flip Flop di tipo D.
Il Flip Flop D ha due ingressi CLK e D e un'uscita. Fino a quando CLK vale 0 l'uscita
resta sempre uguale a se stessa mantenendo memorizzato il valore impostato in
precedenza. Quando CLK passa a 1 l'uscita vine settata al valore corrente di D.
Descrizione funzionamento:
Quando Enable (clk) vale 0 sia R che S valgono 0 (sono in AND e sappiamo che 0
AND x fa 0); Quindi poichè la porta NOR vale 1 solo quando entrambi gli ingressi
valgono 1 il NOR in basso avrà come uscita il negato dell'uscita in alto. Per lo stesso
motivo l'uscita in alto sarà il contrario dell'uscita in alto e quindi manterrà
memorizzato il suo stato.
Quando Enable (clk) vale 1 e D vale 0. R vale 1 ed S vale 0; quindi Q vale 1
indipendentemente dall'uscita del NOR in basso
Quando Enable (clk) vale 1 e D vale 1. R vale 0 ed S vale 1; quindi Q vale 0
indipendentemente da U
Quarta Lezione: La memoria Centrale: Aspetti tecnici (due Ore)
Prima ora:
Ricerca su Internet e compilazione scheda
Clasificazione: MODULI SIMM e moduli DIMM
Prima classificazione: Dram e Sram
 Sram
◦ La SRAM, acronimo di Static Random Access Memory, è un tipo di RAM
volatile che non necessita di refresh. I banchi di memorie SRAM consentono
di mantenere le informazioni per un tempo teoricamente infinito, hanno bassi
tempi di lettura e bassi consumi, specialmente in condizioni statiche. La
necessità di usare molti componenti per cella le rende però più costose delle
DRAM.
 Dram
◦ La DRAM, acronimo di Dynamic Random Access Memory, ovvero RAM
dinamica, è costituita, a livello concettuale, da un transistor che separa un
condensatore, il quale mantiene l'informazione, dai fili di dati. A livello
pratico non viene usato un vero condensatore ma si sfruttano le proprietà
elettrico/capacitive dei semiconduttori. È così possibile usare un solo
componente per ogni cella di memoria, con costi molto ridotti e la possibilità
di aumentare notevolmente la densità di memoria. Tende a scaricarsi.
Necessario un refresh frequente tramite operazioni fittizie di lettura e scrittura
che rallentano il tempo di accesso. Ogni riga ha un bit di parità o adirittura più
bit che costituiscono un codice di haming.
Informazione come carica sul condensatore.... tende a scaricarsi (ordine dei millisecondi)
necessario un refresh
Nelle DRAM la lettura è distruttiva deve dunque essere immediatamente seguita da una
nuova scrittura
Ciò significa che a parità di tecnologia e di anno di produzione le memorie DRAM
disponibili hanno tipicamente una capacità quadrupla rispetto alle SRAM disponibili.
LE DRAM
Funzionamento
 Mantenuta una matrice di condensatori
 Accesso tramite transistor con due segnali:
 RAS(Row Address Strobe) e CAS (coloumn Address Strobe) che devono essere
mantenuti per un certo periodo in quanto il segnale non viene fornito
istantaneamente.
 La DRAM necessita di un intervallo di riposo tra un'operazione e la successiva,
chiamato precharge interval.
 In generale passa un certo tempo tra quando il dato viene richiesto e quando esso
è disponibile (Latenza CAS)
Tipi di DRAM
FPM-DRAM:
 mantiene il segnale RAS mentre legge più colonne della stessa riga. Tempo di
accesso 25-30 nanosecondi
 Conseguenza Non necessita di precharge interval. Quando legge dati della stessa
riga

Edo RAM
 La EDO DRAM (acronimo di Extended Data Output) è simile alla FPM DRAM,
con l'aggiunta che l'indirizzo di riga può essere introdotto mentre il dato
precedente viene comunicato in output. Questo permette un accavallarsi delle
operazioni (pipelining) che migliora le prestazioni.
 Era più veloce della FPM DRAM del 20% circa quando cominciò a rimpiazzarla
nel 1993.

Le memorie EDO sono una stretta evoluzione delle memorie FP alle quali
aggiungono una "funzione" in grado di mantenere validi i dati anche dopo la fine
dell'impulso di richiesta.
SD-RAM
 Sincronus RAM--> RAM Sincrona con il processore --> un'operazione sulla
memoria per ogni ciclo di clock
 Risente comunque di latenza CAS misurato in cicli di clock
SDR = SD-RAM
 Stessa frequenza del bus a cui sono connessi (PC66, PC100, PC133)
DDR
 Opera su entrambi i fronti dell'onda quadra (cerescente e calante) raddopiando la
frequenza di funzionamento
 DDR2 DDR3 cambiano principalmente le frequenze.
CARATTERISTICHE
 Tipo
 Latenza CAS
 Parita o ECC
 Numero di PIN