Ram
Come abbiamo detto prima La RAM è
una memoria volatile che viene cancellata nel momento in cui non riceve più
energia elettrica, o meglio, ha bisogno di energia per memorizzare i dati.
La memoria viene riempita con nuovi dati nel momento in cui viene data alla RAM nuova energia.
Dal momento che i dati caricati sulla RAM sono diversi per ogni sessione, è inutile che vengano conservati in modo permanente nella memoria solo per cancellarli al successivo avvio.
Inoltre la RAM ha una velocità molto più alta del disco rigido, cosa che la rende ideale per memorizzare file temporanei in modo che la CPU possa elaborarli senza dover attendere che siano scritti sul lento disco fisso.
Il sistema sarà in grado di caricare tutti i file temporanei sulla RAM senza rallentare l'intero processo di caricamento.
La RAM è il buffer per il disco rigido in quanto memorizza in modo temporaneo i file che la CPU deve elaborare.
Ad esempio, quando si inizia a scrivere un nuovo documento Word, fino a che non viene salvato sul disco rigido rimane in memoria sulla RAM e se il PC si spegne, si perde l'intero contenuto, se non era stato salvato.
Meno quantità di RAM si ha, più velocemente diventa piena di dati ed il computer è costretto a scrivere i nuovi dati ricevuti sul disco (in un file chiamato file di swap o memoria virtuale) che, rispetto la RAM, è lentissimo.
Una volta che la memoria virtuale si riempie, il computer quasi si blocca e smette di funzionare (per questo motivo la memoria virtuale ha dimensioni variabili).
La memoria viene riempita con nuovi dati nel momento in cui viene data alla RAM nuova energia.
Dal momento che i dati caricati sulla RAM sono diversi per ogni sessione, è inutile che vengano conservati in modo permanente nella memoria solo per cancellarli al successivo avvio.
Inoltre la RAM ha una velocità molto più alta del disco rigido, cosa che la rende ideale per memorizzare file temporanei in modo che la CPU possa elaborarli senza dover attendere che siano scritti sul lento disco fisso.
Il sistema sarà in grado di caricare tutti i file temporanei sulla RAM senza rallentare l'intero processo di caricamento.
La RAM è il buffer per il disco rigido in quanto memorizza in modo temporaneo i file che la CPU deve elaborare.
Ad esempio, quando si inizia a scrivere un nuovo documento Word, fino a che non viene salvato sul disco rigido rimane in memoria sulla RAM e se il PC si spegne, si perde l'intero contenuto, se non era stato salvato.
Meno quantità di RAM si ha, più velocemente diventa piena di dati ed il computer è costretto a scrivere i nuovi dati ricevuti sul disco (in un file chiamato file di swap o memoria virtuale) che, rispetto la RAM, è lentissimo.
Una volta che la memoria virtuale si riempie, il computer quasi si blocca e smette di funzionare (per questo motivo la memoria virtuale ha dimensioni variabili).
I tipi di Ram:
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.
Le celle di una SRAM sono costituite da un
circuito retroazionato formato da due invertitori logici le
cui uscite sono collegate alle due estremità alle linee dei dati tramite
due transistor detti
porte di trasmissione. Le singole coppie di porte di trasmissione vengono
abilitate a seconda della cella su cui deve essere effettuata la lettura o
scrittura. Vengono rese disponibili sia il bit memorizzato che
la sua negazione per un migliore controllo dei margini di rumore.
Sono solitamente usate per le
memorie cache,
dove elevate velocità e ridotti consumi sono caratteristiche fondamentali.
La famiglia delle memorie SRAM può essere
poi suddivisa in:
·
async SRAM (SRAM asincrona): lavora in modo asincrono
rispetto al clock della CPU, ciò comporta degli
stati di attesa della CPU (wait
state) per l'accesso, viene utilizzata come cache di secondo livello;
·
sync SRAM (SRAM sincrona): lavora in sincronia
con il clock della CPU, si hanno quindi dei
tempi di attesa ridotti (o annullati);
·
pipeline Burst SRAM: è ottimizzata per trasferimenti di
pacchetti (burst) di dati.
DRAM:La DRAM, acronimo di Dynamic Random Access Memory, è un tipo
di RAM che immagazzina ogni bit in un diverso condensatore. Il numero di
elettroni presenti nel condensatore determina se il bit è 1 o 0. Se il
condensatore perde la carica, l'informazione è perduta: nel funzionamento la
ricarica avviene periodicamente. Da qui la definizione di memoria dinamica,
opposta alle memorie statiche come la SRAM. Per la caratteristica di perdere le informazioni in
mancanza di energia, la DRAM viene definita anche volatile. Una
caratteristica importante della DRAM è chiamata address multiplexing. Questa
tecnica divide l'indirizzo delle celle in due parti e le manda in successione
al chip agli stessi pin. Molti microprocessori
includono il controllo logico della DRAM, evitando la necessità di un controllo
dedicato nella memoria. Il chip possiede un gran numero di condensatori
organizzati in righe e colonne. Per leggere una cella dell'insieme, il circuito
di controllo calcola per prima cosa il numero di riga del dato, che manda
ai pin del circuito di ingresso della memoria, quindi attiva
il pin RAS (Row Address Strobe), che ordina al circuito
di leggere l'indirizzo presente in entrata. Internamente, la DRAM collega la
fila ad una serie di amplificatori chiamati sense amplifier, che
leggono il contenuto di tutti i condensatori della fila e ne effettuano il
refresh. Il circuito di controllo manda quindi il numero di colonna agli
stessi pin del circuito, ed attiva il CAS (Column Address
Strobe), facendo leggere al circuito l'indirizzo di colonna del dato. La
DRAM lo usa per identificare il dato necessario all'interno dell'output degli
amplificatori. Dopo un intervallo di tempo chiamato CAS access time,
il dato viene trasmesso all'esterno tramite il pin I/O della
DRAM.
Per la scrittura il procedimento è lo
stesso, ma il controllo invece di ricevere dalla DRAM il dato alla fine, lo
fornisce all'inizio.
Dopo un'operazione di lettura o scrittura,
il controllo riporta i pin della memoria allo stato di riposo,
per prepararla all'operazione successiva. La DRAM necessita di un intervallo di
riposo tra un'operazione e la successiva, chiamato precharge interval.
Una volta che il circuito ha selezionato
una riga, può scegliere vari dati in successione comunicandone l'indirizzo di
colonna ed attivando il CAS. Questo metodo è più veloce del processo intero, e
può essere usato soprattutto per le istruzioni del processore, che tendono ad
essere immagazzinate consecutivamente.
La descrizione fatta sopra riguarda le
DRAM a singolo bit. Molte DRAM sono multibit (spesso a quattro
od otto), dato che possiedono più insiemi di celle che operano
contemporaneamente, ognuno fornito di un pin I/O, e permettono
il trasferimento di più bit contemporaneamente. Questo è grossomodo equivalente
ad avere più DRAM che operano insieme, ma permette di risparmiare spazio dato
che condividono ipin di indirizzo e di controllo.
Principio di funzionamento
Attualmente le DRAM sono organizzate in un
insieme di matrici quadrate di condensatori allo stato solido, la cui
dimensione minima è tipicamente 1024 x 1024 bit cioè 1 M bit, ma
nelle memorie recenti è anche maggiore. Di fatto, le prime DRAM (fino ad una
capacità di qualche M bit), erano costituite da una sola matrice di elementi;
l'aumento esponenziale della capacità della memoria ha reso necessaria
l'adozione di una struttura multipla per ottimizzare le prestazioni e le
capacità di recovery delle memorie.
Durante l'operazione di lettura si vuole
acquisire il valore di un bit della matrice, identificato dal suo numero di
riga e di colonna. Tuttavia per ottenere la lettura di questa cella, in realtà
vengono letti e riscritti tutti gli elementi della riga della matrice a cui
appartiene la cella. L'operazione di riscrittura è necessaria perché durante
l'operazione di lettura la carica elettrica contenuta nelle celle viene
degradata; così i dati devono essere ricaricati riscrivendoli. Dei dati così
ottenuti viene poi selezionato per l'uscita un unico bit, quello relativo alla
colonna della cella indirizzata. L'operazione di scrittura di una cella avviene
in modo simile; l'unica differenza è che nell'operazione di riscrittura viene
inviato sulla colonna della cella da modificare il valore del bit che si vuole
scrivere sulla cella.
Ciascuna cella di una DRAM richiede un
condensatore allo stato solido per memorizzare il bit di informazione e
un transistore MOS per
controllare l'accesso alla cella. Per questo motivo le celle DRAM sono più
piccole e più economiche delle celle utilizzate per le RAM statiche SRAM, le quali usano latch che richiedono
l'uso di quattro o sei transistori MOS, due o quattro per la realizzazione di
un doppio inverter logico, e altri due per controllare l'accesso alla cella.
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. Questo vantaggio ha però un prezzo. Infatti, come visto, nelle
DRAM le operazioni di lettura sono distruttive, richiedono cioè la riscrittura
del dato; questo non è necessario nelle SRAM in cui le operazioni di lettura
non alterano il valore memorizzato. Inoltre, purché la memoria sia alimentata
elettricamente, la cella SRAM può mantenere il dato memorizzato per un tempo
indefinito. Ciò non accade per la cella DRAM; infatti poiché il bit di
informazione è memorizzato come carica (presente o assente) su un condensatore,
e poiché il transistore della cella non isola completamente il condensatore
dalla sua colonna, il risultato è che anche se non letta la carica del
condensatore si degrada rapidamente e diventa inutilizzabile in tempi
dell'ordine delle decine di msec. Quindi, indipendentemente dalle operazioni di
lettura-scrittura, è necessario effettuare periodicamente (a frequenze
dell'ordine dei KHZ) un'operazione di lettura+riscrittura fittizia di ogni riga
della matrice (refreshing). Da questa necessità deriva il termine dinamica che
caratterizza questo tipo di memoria. Mentre nelle prime memorie DRAM questa
operazione doveva essere comandata esternamente, attualmente questa operazione
è comunemente automatizzata direttamente all'interno del circuito integrato
della memoria utilizzando una unità logica dedicata; questo complica il
circuito e ne diminuisce la capacità.
Un'alternativa alla DRAM è la memoria flash.
La memoria flash disponibile attualmente costa leggermente meno della DRAM, non
è volatile, ma è più lenta della DRAM in lettura e decisamente non paragonabile
in scrittura.
Alcuni tipi di ram in
commercio
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