Gestione della memoria

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Fondamenti di Informatica 1

Gestione della memoria

• I sistemi di memoria possono essere suddivisi in:

– memoria interna al processore – memoria principale

– memoria secondaria

Memoria interna

• Registri interni alla CPU (visibili al programmatore Assembly)

• Memorizzano temporaneamente i dati e le istruzioni

• Dimensioni: decine di bytes

Memoria principale

• Veloce e di grande capacità

• Memorizza dati e istruzioni che servono per il funzionamento della CPU

• La CPU vi accede direttamente

• Dimensioni: decine di MBytes

Memoria secondaria

• Di grandi dimensioni e molto più lenta della memoria principale

• Memorizza dati e istruzioni che non sono di immediato interesse per la CPU

• Dimensioni: decine di Gigabytes

Memoria secondaria

• Può essere suddivisa in:

– memorie in linea (es. dischi magnetici);

interesse nell’ambito dei millisecondi … secondi

– memorie fuori linea (es. nastri magnetici);

interesse nell’ambito dei minuti … anni

Tecnologie e caratteristiche

• Le memorie differiscono per la tecnologia con cui sono realizzate e per i seguenti parametri:

– costo per singolo bit immagazzinato – tempo di accesso (ritardo tra la richiesta del

dato e la sua disponibilità al richiedente) – modi di accesso (seriale o casuale)

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2 Tecnologie delle memorie

• Memorie a semiconduttore con tecnologia VLSI (Very Large Scale of Integration)

• Memorie magnetiche (memoria secondaria)

• Memorie ottiche (memoria secondaria)

Il sistema di memoria

• La memoria deve essere progettata e gestita in modo da ottenere:

– capacità di memorizzazione adeguata – prestazioni accettabili

– costi ridotti

• Il collo di bottiglia della macchina di Von Neumann è la comunicazione tra la CPU e la memoria

Gerarchie di memoria

• La soluzione ottimale per un sistema di memoria è:

– costo minimo – capacità massima – tempi di accesso minimi

• Soluzione approssimata: gerarchia

Esempio di gerarchia

• Il sistema di memoria di uno studente:

– la propria memoria – borsa

– scaffale di casa

– libreria o biblioteca di Facoltà – depositi casa editrice

Località

• Un sistema di memoria gerarchico è efficiente se la modalità di accesso ai dati ha caratteristiche prevedibili

• Principio di località:

– Se al tempo t si accede all’indirizzo X, è molto probabile che l’indirizzo X+ÄX sia richiesto fra t e t+Ät

Località

• Nel breve periodo, gli indirizzi generati da un programma sono confinati in regioni limitate

Spazio indirizzi Numero di accessi in intervallo di tempo

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3 Struttura della gerarchia

• Memorie M1 e M2 (tecnologie diverse) con:

– costo per bit: c1 > c2 – dimensioni: S1 < S2 – tempi di accesso: t1 < t2

M1 M2

Gestione della gerarchia

• La gestione deve essere automatica e trasparente all’utente

• I dati utilizzati più raramente sono posti in memorie con tempi di accesso più elevato;

i dati utilizzati più frequentemente in memorie con prestazioni più elevate

Gestione della gerarchia

• Obiettivi:

– mimare una memoria con:

• tempi di accesso della più veloce

• le dimensioni della maggiore

• i costi della più economica

• Criteri:

– allocazione dinamica

– spostamento automatico dei dati

Memoria virtuale

• Il meccanismo di gestione della gerarchia di memoria si dice Memoria Virtuale

• La memoria virtuale:

– sfrutta efficacemente la gerarchia – rende il programma indipendente dalle

dimensioni della memoria della macchina – libera il programmatore dalla gestione dello

spazio di memoria fisico

Sostituzione dati in memoria

• Obiettivo:

– minimizzare il numero di insuccessi

• Politiche:

– FIFO: First In First Out – LRU: Least Recently Used

Esempio di gerarchia

CPU Cache

L1 Cache

L2 Memoria

Principale Memoria Secondaria