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CNR: Alamanacco della Scienza

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N. 5 - 10 mar 2021
ISSN 2037-4801

Focus - Memoria  

Informatica

Computer: I have a Dram

Quando parliamo di memoria negli attuali computer - che siano smartphone, desktop o notebook - dobbiamo fare attenzione a quale tipo ci stiamo riferendo. Spesso, presi dall'impulso di acquistare un prodotto perché presenta specifiche più elevate rispetto a un altro, potremmo non vedere soddisfatte le nostre esigenze. “Esiste una memoria permanente su cui devono essere salvati i dati prima che il computer venga spento, in modo da poterli recuperare integri quando il computer viene riattivato; e una memoria di lavoro che contiene tutto ciò che serve per l'elaborazione: una sequenza di istruzioni (il programma), i dati in input, risultati intermedi, etc.”, spiega Massimo Bernaschi dell'Istituto per le applicazioni del calcolo “M. Picone” (Iac) del Cnr. “La Cpu, cioè il cuore del computer, legge e scrive solo dalla/sulla memoria di lavoro; gli Hdd, ossia gli Hard disk drive magnetici, sono la forma più comune di contenitore di dati non volatili e si stanno sempre più sostituendo con le più moderne Ssd (Solidstate drive), sebbene queste ultime siano più costose”.

È importante capire come questi dispositivi di memoria fossero in origine. “Le primissime memorie erano dette a linea di ritardo. I dati erano inseriti all'interno della memoria come impulsi elettrici. Inoltre, erano organizzate in modo che l'accesso fosse esclusivamente sequenziale. In parole semplici, quando si doveva leggere un dato, si dovevano leggere anche tutti quelli che lo precedevano, anche se non servivano”; continua Bernaschi. “I primi computer commerciali utilizzavano una tecnologia diversa chiamata 'memoria a tamburo'. Il cilindro era in continua rotazione e delle testine esterne accedevano (in lettura e scrittura) ai dati richiesti. I costi della memoria erano limitati, ma le prestazioni, intese come tempo richiesto per accedere ai dati, altrettanto modeste. Dalla metà degli anni '70 dello scorso secolo la memoria a tamburo è praticamente scomparsa dai computer di uso comune a favore delle memorie a semiconduttore. A partire da quegli anni, la tecnologia della memoria è stata letteralmente rivoluzionata dall'invenzione della Dynamic Random Access Memory (Dram), in particolare dalla cella Dram, che utilizza un singolo transistor (1 transistor per 1 bit). Le memorie a semiconduttore possono essere costruite con una densità molto elevata, possono quindi contenere a parità di occupazione di spazio più dati”.

Le Dram sono utilizzate in tutti i dispositivi contemporanei come le console, gli smartphone, i notebook e i computer desktop, quelli che chiamiamo computer fissi. Sono basate sui materiali semiconduttori e, come precisa il ricercatore, “devono essere alimentate per mantenere i dati; e questo è uno dei motivi per cui non si dovrebbe mai spegnere brutalmente un computer che sta elaborando”. Inizialmente costituivano un'evoluzione tecnologica non indifferente, erano più veloci di quanto la Cpu potesse processare i suoi calcoli. Ma da qualche decennio non è più così. “La Dram ora è lenta se confrontata con la Cpu e spesso la potenza di calcolo teorica non può essere sfruttata proprio perché la memoria non è in grado di stare al ritmo della Cpu”, conclude Bernaschi. “Per ovviare a questo problema, sono state introdotte memorie veloci che richiedono più transistor per salvare un singolo bit e che fanno da ponte tra la Dram e la Cpu, dette cache, parola che viene dal francese e ha il significato di nascondere: sono chiamate così perché sono invisibili alla Cpu, che le usa attraverso un complesso sistema hardware che sostituisce i dati con quelli della Dram. Da qualche anno, vengono proposti modelli in qualche modo alternativi. In particolare, alcune delle soluzioni proposte partono dalla struttura del cervello umano, con l'idea di collocare la capacità di calcolo lì dove si trovano i dati, invece di muoverli dalla/alla memoria. È un campo di ricerca molto interessante e multidisciplinare, dove servono competenze di scienza dei materiali, biologia, matematica e informatica”.

Aurelio Frattaroli

Fonte: Massimo Bernaschi, Istituto per le applicazioni del calcolo Mauro Picone , email m.bernaschi@iac.cnr.it -