Le memorie: introduzione

Commento dell’autore

Comincia con questo articolo un viaggio per conoscere i diversi tipi di memorie. Verrà fatta un’ampia panoramica parlando delle diverse tipologie di memorie esistenti, descrivendo il loro principio di funzionamento e soffermandosi in particolar modo su quelle più diffuse attualmente.
Prima di cominciare desidero ringraziare in anticipo coloro che avranno la pazienza di leggere ed esprimere un giudizio lasciando un commento relativo a questi articoli sul blog. Tali commenti non solo possono dare un’idea all’autore del successo degli articoli (in termini di numero di persone che li leggono), ma soprattutto possono aiutare a migliorare la stesura degli stessi e a completarli, qualora venga riscontrata una mancanza di trattazione o di approfondimento di argomenti.

Classificazione delle memorie

Si definiscono memorie quei dispositivi in grado di immagazzinare un numero elevato di informazioni in maniera organizzata e fornirle in uscita mediante un’operazione detta di lettura della memoria stessa. Le memorie rappresentano una componente molto importante in un apparato elettronico. Esistono diversi tipi di memorie e nella realizzazione di un determinato sistema occorre scegliere quello più adatto tenendo in considerazione il seguente criterio: per ogni applicazione bisogna individuare il tipo di memoria che consente di memorizzare tutti i dati necessari al costo più basso possibile ed in modo che possa scambiare i dati con l’unita’ di elaborazione in tempi tali da garantire le migliori prestazioni possibili.

A seconda della modalità con cui i dati vengono immagazzinati, e quindi letti in uscita, le memorie si dividono in memorie sequenziali e memorie ad accesso casuale.
Nelle memorie sequenziali i dati sono immagazzinati in maniera sequenziale, appunto, in un supporto che permette la loro registrazione in serie e anche la lettura avviene in maniera sequenziale in quanto, per accedere ad un dato (o ad un bit) in uscita, occorre attendere che scorrano tutti i dati (o bit) incamerati precedentemente a quello in esame. Un esempio di memoria sequenziale è il nastro magnetico su cui sono registrati i dati nella stessa sequenza in cui si presentano sulla testina di scrittura e, per accedere ad un dato, in fase di lettura è necessario scorrere il nastro fino alla posizione in cui questo è stato registrato. Le memorie su nastro possono raggiungere elevati valori di capacità, ma risultano estremamente lente in lettura, specie se il dato si trova alla fine del nastro. Per questo vengono utilizzate in genere come memorie di backup.
Le memorie ad accesso casuale (RAM – random access memory) permettono di accedere ai dati in maniera non necessariamente sequenziale. In altre parole, si può accedere ad un qualsiasi dato in esse memorizzato in una qualsiasi locazione senza dover passare per quelle precedenti. Questo permette di accedere ai dati con una velocità decisamente superiore e costante rispetto alle memorie sequenziali e le rende quindi preferibili per applicazioni in cui siano richieste prestazioni spinte.

Da un punto di vista della ritenzione del dato correlato alla presenza dell’alimentazione, occorre fare una distinzione tra memorie volatili e memorie non volatili: le memorie volatili perdono l’informazione in esse contenuta quando viene tolta l’alimentazione, mentre quelle non volatili, al contrario, la conservano anche in assenza di alimentazione. Le RAM appartengono alla categoria delle memorie volatili e si distinguono in DRAM e SRAM.

• Le DRAM – Dynamic RAM, sono memorie RAM in cui il dato viene immagazzinato in delle capacità, le quali col passare del tempo tendono a scaricarsi e quindi a perdere il dato. Per questo motivo necessitano di circuiti di refresh i quali riscrivono periodicamente il dato immagazzinato in ogni cella prima che venga perso. Un’altra caratteristica delle DRAM è che la lettura del dato è distruttiva, ovvero la lettura della cella tende a scaricare la capacità, quindi è necessario riscrivere il dato in essa contenuto dopo averlo letto. Il vantaggio delle DRAM è la semplicità della cella di memoria, costituita, come vedremo nei prossimi articoli, da un solo transistore. Questo permette una elevata scala di integrazione con conseguente possibilità di raggiungere elevati valori di capacità e bassi costi.

• Le SRAM – Static RAM, al contrario mantengono il dato indefinitamente senza bisogno di rinfrescarlo. Questo perché la cella di memoria è più complessa e basa il suo funzionamento non su una capacità, ma su un circuito costituito da 6 transistor che sfrutta la retroazione. Il fatto che la cella sia costituita da 6 transistor fa si che queste memorie, rispetto ad una DRAM, occupino un’area maggiore. Di conseguenza sono più costose e raggiungono valori di capacità inferiori.

• Le ROM – Read Only Memory, appartengono alla categoria delle memorie non volatili. Nei primi dispositivi di memoria di questo tipo, l’informazione veniva scritta nella memoria all’atto della realizzazione e non poteva essere più modificata, da qui il nome memoria a sola lettura. Successivamente vennero create delle memorie ROM programmabili, le PROM – Programmable ROM, in cui l’utente scriveva in maniera permanente l’informazione binaria con un apposito apparato bruciando, con degli opportuni impulsi elettrici, dei fusibili presenti nella matrice. L’informazione quindi non poteva più essere cancellata.

• Negli anni successivi sono state realizzate le EPROM – Elettrically Programmable ROM, le quali possono essere cancellate tramite esposizione a raggi ultravioletti. Il processo di cancellazione non è selettivo, ma cancella interamente la memoria. Dopo questa operazione è possibile eseguire una riprogrammazione.

• Il successivo step tecnologico ha portato alla realizzazione delle EEPROM – Elettrically Erasable Programmable ROM, in cui la memoria può essere cancellata elettricamente ed in maniera selettiva.

Articolo a cura di: Antonio Barbato

Le novità del 2007 – 3: Le memorie RAM

Le tecnologie costruttive delle memorie RAM sono strettamente legate a quelle dei processori, perché le prestazioni del computer dipendono dalla possibilità di fornire i dati al processore con la stessa cadenza con cui li elabora, senza subire rallentamenti durante gli accessi di altri componenti vitali come il chip controller dei dischi e quello della scheda grafica. Le architetture di Cpu introdotte nel 2006, che saranno ulteriormente perfezionate nel 2007 andando a sostituire completamente le tecnologie di precedente generazione, hanno imposto il tramonto della tecnologia DDR di prima generazione (DDR 266, DDR 300 e DDR 400). La tecnologia con il miglior rapporto prezzo/prestazioni quest’anno sarà DDR2 a 800 MHz, già supportata dalle Cpu Core 2 Duo e Core 2 Extreme. Nelle intenzioni di Intel questa frequenza segna il limite massimo della tecnologia DDR2, perché processi produttivi e materiali usati per costruire le schede madri in grandi volumi non permettono di andare oltre questa frequenza di lavoro. In questi moduli di memoria, che hanno un fattore di moltiplicazione interno per quattro, il limite per la frequenza base è di 200 MHz. Il passo successivo sarà la memoria DDR3, già impiegata da un anno per costruire i banchi di memoria dedicata integrati nelle schede grafiche di alto livello, e che nella primavera del 2007 sarà utilizzabile anche sotto forma di moduli DIMM per la scheda madre. La frequenza iniziale sarà pari a 800 MHz, che corrispondono ad una comoda frequenza del segnale di clock di base pari a 100 MHz, ma è possibile che i costruttori di memorie decidano di passare direttamente ai moduli PC3 1066 con frequenza base di 133 MHz; in seguito saranno impiegati anche moduli PC3 1333 e PC3 1600. Le memorie DDR3 trasferiscono i dati in modalità burst applicando una moltiplicazione virtuale della frequenza di clock parti ad 8 volte. Per sfruttare queste memoria è necessario un circuito controllore RAM specifico, che può essere integrato nella Cpu (come nel caso di chip Amd) o nel Memory Controller Hub (MCH) del chipset della scheda madre. La disponibilità dei nuovi controller di memoria è