Architettura e Funzionamento delle Memorie RAM, Cache e BIOS nel PC

Tipi di Memoria Temporanea o Volatile: RAM (Random Access Memory)

La RAM (Random Access Memory) è la memoria dove sono memorizzati, temporaneamente, i dati su cui si sta lavorando in un computer. Quando il computer viene spento, il contenuto della RAM viene svuotato e le informazioni vengono perse se non salvate in precedenza. È generalmente utilizzata come memoria principale di un computer.

Classificazione della RAM

RAM Dinamica (DRAM - Dynamic RAM)

Questo tipo di memoria richiede segnali di "refresh" (aggiornamento) costanti per mantenere i dati nelle sue celle. Oltre alle celle di memoria, costituite da un circuito elettronico che agisce come un condensatore, un circuito elettronico genera due segnali di base, chiamati CAS (Column Address Strobe) e RAS (Row Address Strobe), incaricati di ricaricare la cella di memoria. I segnali di lettura/scrittura devono essere sincronizzati con i segnali CAS e RAS.

RAM Statica (SRAM - Static RAM)

Le celle sono composte da circuiti elettronici costituiti da transistor. A differenza del tipo dinamico, la SRAM non necessita di circuiti di refresh. Questo la rende più veloce della DRAM, ma presenta consumi più elevati e un basso livello di integrazione, motivo per cui si trova in quantità ridotte rispetto alla DRAM. Le SRAM sono utilizzate principalmente per la memoria cache.

Memoria Cache: Velocità e Ottimizzazione

La Memoria Cache è un tipo speciale di memoria ad alta velocità, progettata per accelerare l'elaborazione delle istruzioni della CPU. La CPU può accedere a istruzioni e dati memorizzati nella memoria cache molto più velocemente rispetto a istruzioni e dati memorizzati nella memoria principale.

Ad esempio, in una tipica scheda di sistema a 100 MHz, la CPU potrebbe aver bisogno di 180 nanosecondi per ottenere informazioni dalla memoria principale, mentre per ottenere informazioni dalla cache ne impiega solo 45. Pertanto, maggiore è la quantità di istruzioni e dati che la CPU può ottenere direttamente dalla cache, più veloce sarà il funzionamento del PC.

Memoria CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

La memoria CMOS è il tipo di memoria utilizzata per l'installazione o la configurazione del PC. È caratterizzata da un consumo energetico molto basso, e per questo motivo i dati di configurazione vengono mantenuti tramite una batteria, solitamente da 3VDC.

Considerazioni Generali sulla Memoria

Se il sistema non dispone di memoria, pur avendo energia, non può funzionare. Sebbene nella maggior parte dei casi sia difficile, sarebbe opportuno utilizzare la memoria di un unico produttore per evitare problemi di compatibilità. È importante notare che gli errori di memoria (spesso attribuiti a una cattiva gestione del sistema operativo) possono in realtà essere causati da hardware difettoso.

Avvio del Sistema e BIOS (Basic Input Output System)

Il BIOS (Basic Input Output System - Sistema Base di Input/Output) è un programma contenuto nella ROM, EPROM o FLASH-ROM. Si compone di routine di basso livello che permettono di avviare il PC, gestendo il controllo della tastiera, dei dischi, dei floppy e di altri componenti del computer, consentendo infine di passare il controllo al sistema operativo.

Quando il PC viene avviato, il BIOS contiene tutti i "driver" necessari per gestire l'intero sistema, essendo stato scritto in una memoria di tipo ROM. Questi driver sono pre-caricati e accessibili all'avvio del PC. Tutte le schede madri dispongono di un chip chiamato BIOS ROM, che contiene una libreria di software embedded. La maggior parte dei sistemi ha almeno quattro funzioni principali gestite dal BIOS.

Interazione tra BIOS e Memoria CMOS

La memoria CMOS è strettamente collegata al BIOS. La CMOS memorizza tutti i dati che l'utente può modificare (tramite il BIOS Setup) per la configurazione del PC, come ad esempio:

• Dischi rigidi installati (numero di testine, cilindri, ecc.)
• Numero e tipo di unità disco
• Data e ora
• Altri parametri necessari per il corretto funzionamento del PC.

La CMOS è costantemente alimentata da una batteria, in modo che, una volta spento il PC, non perda i dati e i parametri precedentemente impostati dall'utente, essenziali per l'avvio e il funzionamento del sistema.

Manutenzione della CMOS

Oggi, tutte le schede madri sono generalmente dotate di una batteria a bottone al litio da 3V [CR2032], la cui durata è di circa 3 o 4 anni. È importante ricordare che su tutte le schede madri esiste un modo per cancellare tutti i dati memorizzati nella CMOS (reset). Generalmente, si deve spostare un jumper o cortocircuitare una coppia di pin; in questo modo, la memoria CMOS del computer tornerà alle impostazioni di fabbrica ("out of box").