LA MEMORIA CENTRALE

Un calcolatore deve essere di memoria di tipo ROM( a sola lettura non volatile) e RAM( lettura e scrittura di tipo volatile). Nella ROM, si trova il BIOS, il programma che gestisce l'avvio del sistema ed effettua i test necessari per verificare il corretto funzionamento dei componenti base del PC. Nella RAM, vengono memorizzate le informazioni durante le varie fasi di elaborazione. Inoltre, i programmi, prima di essere eseguiti, vengono caricati dalla memoria di massa, floppy disk o hard disk, nella RAM. Con programmi estesi e complessi ed in particolare con applicazioni di grafica è richiesta l'installazione di grossi quantitativi di RAM. La memoria complessiva che può essere installata all'interno di un PC è strettamente correlata con il tipo di CPU presente nel sistema e con la particolare motherboard presente nel PC che fissa la quantità massima di memoria installabile. La memoria di tipo RAM presente nei PC è costituita dal chip, di diversa capacità, raggruppati in moduli già pronti. I moduli vengono alloggiati in appositi slot presenti sulla piastra madre. Nel tempo i moduli hanno subito una certa evoluzione contenendo quantitativi di memoria sempre più elevati con conseguente aumento di pin necessari con il collegamento della scheda madre. Le memorie attualmente installate nei PC sono SDRAM del tipo DDR. Nella memoria possono essere immagazzinati dati, in formato binario. Normalmente ogni dato si considera formato da un byte( 8 bit). E' per questo che la quantità di memoria si misura in byte o nei relativi multipli. Il numero di byte, e quindi di dati, che la CPU può indirizzare è legato al numero di linee presenti nel suo bus indirizzi. Infatti, considerando che su tali linee si possono trovare solo livelli binari, si ha che il numero di indirizzi diversi che si possono avere, ognuno dei quali è adatto all'identificazione univoca di un byte, è data da una certa relazione matematica. Le singole posizioni di memoria, nella quale vengono caricate delle informazioni in forma binaria, sono denominate comunemente locazioni.

MEMORIE NON VOLATILI

Le memorie non volatili hanno nomi e caratteristiche diversi: esse sono le ROM, le EPROM, le EEPROM, e sono tutte memorie, come detto a sola lettura. I vari tipi si differenziano per le caratteristiche costruttive e per il modo di programmazione, ovvero per come vengono scritti in essi i dati che poi conserveranno anche in assenza di alimentazione:

• ROM( read only memory):le memorie ROM sono programmate in sede di fabbricazione ponendo a livello logico alto o basso le singole celle. La loro programmazione è commissionata direttamente dall'utente secondo contenuti specifici. E' evidente che i dati contenuti nelle memorie ROM, una volta fabbricate, non sono in alcun modo modificabili. Le memorie ROM sono caratterizzate da un basso costo, ma solo per produzione di grandi qualità, e hanno una buona facilità di impiego. Tali memorie sono utilizzate per realizzare decodifiche veloci, per contenere programmi non soggetti a modifiche e in applicazioni specifiche quali la costruzione di strumenti elettronici programmabili. Sono realizzate sia in tecnologia bipolare che in quella MOS.
• PROM( programmable ROM): per superarle limitazioni delle memorie ROM, sono state introdotte le memorie PROM. Queste memorie sono, a differenza delle ROM, programmabili dall'utente ed escono dalla fabbrica con tutte le celle allo stato logico alto. Con un apposito strumento, detto programmatore di PROM, l'utente può cambiare lo stato delle singole celle bruciando alcuni collegamenti interni con appositi impulsi di tensione. La memoria PROM può essere programmata una sola volta in quanto non è possibile ripristinare i collegamenti bruciati. Le memorie PROM hanno una buona facilità d'impiego. Possono avere gli stessi campi di applicazione delle ROM. In tal caso non occorre la produzione di grossi quantitativi per abbassare il costo di produzione.
• EPROM(erasable progarammable ROM): le memorie EPROM sono memorie programmabili ma anche cancellabili, per poter essere di nuovo riprogrammate. La cancellazione è ottenuta esponendo la memoria a raggi ultravioletti di particolare lunghezza d'onda per circa 20 minuti; a tale fine esiste sul circuito integrato un apertura o finestra protetta da un materiale trasparente ai raggi ultravioletti. Tuttavia è da aggiungere che anche raggi ultravioletti con maggiore lunghezza d'onda effettuano la cancellazione della memoria, anche se in tempi più lunghi. La permanenza di dati in una EPROM, in genere, è garantita per una decina di anni. La programmazione delle EPROM è fatta con un programmatore, che invia impulsi di tensione sugli appositi pin del chip. Le memorie EPROM hanno un costo contenuto e buona facilità di impiego.
• EEPROM(electrical erasable programmable ROM):le EEPROM sono cancellabili elettricamente senza dover far ricorso ai raggi ultravioletti. Il numero dei cicli di cancellazione é limitato a 10000 per i primi tipi prodotti, e arriva fino a 100.000 per i chip delle ultime generazione.
• FLASH(FLASH EEPROM): sono simili alle EEPROM ma hanno tempi di cancellazione e scrittura più rapidi. Sono realizzate con due tecnologie di base diverse:    

-FLASH NOR con possibilità di cancellazione e scrittura dei singoli byte;

-FLASH NAD sono cancellabili e scrivibili solo a blocchi di dati. In base alla tecnologia con cui vengono realizzate sono più compatte e la cancellazione e scrittura di dati su di esse è più veloce.

Per una memoria FLASH i cicli di cancellazione e scrittura non sono illimitati: si attestano attualmente in circa 100.000 cicli per le NOR e 1.000.000 per le NAND. Negli ultimi tempi le memorie FLASH hanno avuto una grande diffusione in quanto utilizzate per memorizzare il firmware di vari tipi di dispositivi (per esempio dei modem) permetterne poi l'aggiornamento in circuit, ovvero senza togliere il chip di memoria dall'apparecchiatura. Sono poi utilizzate anche nei pc, sulle motherboard, per contenere la parte del sistema operativo residente nella macchina che provvede all'accensione, all'avvio del sistema. In tal modo é possibile aggiornare facilmente il BIOS senza aprire il computer. Altre applicazioni delle FLASH nell'ambito dei computer sono i cosi detti pen drive, ovvero delle memorie FLASH con interfaccia USB che, inserita sulla specifica porta, si comportano come dischi per la memorizzazione dei dati. Questi dispositivi sono gestiti dal sistema operativo XP senza l'installazione del driver. Le memorie FLASH trovano anche vasta applicazione per la memorizzazione delle immagini nelle macchine fotografiche digitali.

MEMORIE VOLATILI

Le memorie RAM volatili possono essere scritte e lette in continuazione. Quando viene tolta l'alimentazione le RAM perdono il loro contenuto.

• SRAM( static RAM): le memorie SRAM sono costruite attualmente quasi esclusivamente in tecnologia MOS e sono caratterizzate da velocità anche molto elevate, con tempi di accesso di poche decine di nano secondi; la loro capacità è inferiore a quella delle memorie dinamiche. L'impiego delle SRAM risulta molto facilitato e trovano applicazione nei sistemi di memoria di tipo cache, ovvero memorie di transito interposte tra microprocessore e memorie dinamiche.
• DRAM( dynamic RAM): le DRAM sono costruite in tecnologia MOS. Il funzionamento delle DRAM si basa sullo stato di carica di un condensatore, collegato con un transistore di tipo MOS, che costituisce la singola cella.

Una tensione a capi del condensatore è interpretata come livello logico alto, mentre una tensione nulla è interpretata come livello logico basso. L'informazione memorizzata sul condensatore tende tuttavia a degradarsi in un tempo abbastanza breve a causa della scarica del condensatore dovuta alle correnti di fuga per le impedenze alte ma non infinite del transistore MOS. Per mantenere l'informazione delle memorie dinamiche si ricorre ad appositi circuiti detti di rinfresco. Il rinfresco delle celle di memoria si realizza con una successione di cicli di lettura che interessano via via tutte le celle della memoria e con il contemporaneo ripristino dei valori letti. L'operazione di rinfresco deve rivolgersi in un tempo massimo, variabile a seconda del tipo di DRAM, entro il quale devono essere ripristinate le informazioni immagazzinate pena la perdita delle stesse. L'operazione di rinfresco può essere eseguita direttamente da appositi segnali della CPU o, nei casi più complessi, attraverso appositi circuiti supplementari. Nelle nuove DRAM sono previsti anche circuiti interni al dispositivo per l'auto-refresh. Le memorie DRAM sono caratterizzate da valori di capacità molto superiori a quelle delle SRAM, hanno buona velocità e sono poi caratterizzate da basso consumo. Le memorie DRAM sono utilizzate per creare grossi banchi di memoria nei PC e in stazioni per la gestione di elaborazioni grafiche.

CPU

Un elaboratore elettronico può essere definito, in modo semplice, come un sistema capace di elaborare i dati immessi seguendo opportunamente una serie di istruzioni, e di dare in uscita i risultati dell'elaborazione. L'unità centrale di elaborazione o CPU (sigla di Central Processing Unit, detta comunemente processore) è l'implementazione fisica di uno dei due componenti della macchina di Turing (l'altro è la memoria).