In generale un dispositivo di memoria è un componente digitale in grado di immagazzinare e di conservare nel tempo valori binari. Si definisce capacità della memoria la quantità di bit che il dispositivo è in grado di memorizzare.
Il flip-flop e il latch possono essere considerati i dispositivi base di memorizzazione, in quanto consentono di conservare il valore di un singolo bit. Mediante gruppi di flip-flop o di latch si realizzano i registri, i quali estendono la capacità di memorizzazione ad alcuni bit (al massimo alcune decine).
Flip-flop e registri non sono tuttavia adatti per l'utilizzo come dispositivi di memoria in un moderno computer per diverse ragioni.
Anzitutto il numero di bit che devono essere memorizzati in un computer va molto al di là della capacità di un registro o anche di un gruppo di registri. Ormai si parla di capacità dell'ordine del MB (Mega Byte = 220 Byte ≈ un milione di byte), del GB (Giga Byte = 230 Byte ≈ un miliardo di byte) e del TB (Tera Byte = 240 Byte ≈ mille miliardi di byte).
Inoltre ci vuole un meccanismo che renda possibile in ogni istante l'accesso a questa enorme quantità di dati. In particolare dev'essere possibile:
- scrivere (cioè memorizzare) informazioni in memoria;
- leggere (cioè recuperare) informazioni dalla memoria.
Infine anche le tecnologie realizzative non possono essere le stesse usate per i flip flop e i registri, dal momento che la complessità e la miniaturizzazione richieste dalla realizzazione di memorie integrate sono molto maggiori.
Parametri generali delle memorie
Oltre alla capacità, di cui si è già detto, un altro parametro fondamentale di una memoria è la sua velocità. Più precisamente si parla di tempo di accesso (access time) definito come il tempo necessario per leggere o scrivere un singolo dato in memoria. Attualmente le memorie più veloci hanno tempi di accesso dell'ordine del nanosecondo (miliardesimo di secondo).
Un altro parametro molto importante è il costo per bit, cioè il costo di una singola unità di informazione in memoria. Tale valore si ottiene dividendo il costo del dispositivo di memoria per la sua capacità. Per esempio un hard disk da 500 GB che costi 50 euro avrà un costo di 0,1 euro per GB; una memoria RAM da 2 GB a 40 euro avrà un costo di 20 euro a GB.
Anche la potenza dissipata (cioè la quantità di energia elettrica consumata e di calore sviluppato) è un parametro importante per valutare una memoria.
Si parla poi di memorie volatili, nel caso in cui le informazioni vengano perse in mancanza di alimentazione elettrica, e di memorie non volatili, se i dati sono conservati anche in assenza di alimentazione.
Alcune memorie poi sono riscrivibili, nel senso che è possibile modificarne il contenuto, mentre altre possono essere scritte una sola volta (si parla in questo caso di memorie a sola lettura, read only).
Memoria primaria e memoria secondaria
In un computer la memoria primaria (primary memory, detta anche memoria di lavoro) è costituita da quei dispositivi di memoria a cui può accedere direttamente il microprocessore. La memoria primaria è generalmente realizzata mediante componenti integrati a semiconduttore (memorie RAM, ROM, etc.), che presentano un'elevata velocità e un elevato costo per bit. Generalmente la memoria primaria è volatile, cioè perde il proprio contenuto in mancanza di alimentazione. In figura è mostrata una scheda di memoria RAM:
La memoria secondaria (secondary storage, detta anche memoria di massa) è invece costituita da dispositivi ai quali il microprocessore non accede direttamente. La lettura e la scrittura di dati nella memoria secondaria avvengono attraverso la memoria primaria (cioè con un passaggio intermedio, in modo non diretto). Spesso (ma non sempre) la memoria secondaria è realizzata con dispositivi non a semiconduttore, ma che sfruttano altre tecnologie (es. dispositivi magnetici come gli hard disk o ottici come i CD e i DVD). D'altra parte le chiavette USB e le schede di memoria (SD, microSD e altre) sono esempi di memorie secondarie a semiconduttore. Solitamente la memoria secondaria è più lenta e meno costosa della memoria primaria e non perde il suo contenuto in assenza di alimentazione (memoria non volatile). In figura è mostrato un hard disk:
La distinzione fra memoria primaria e secondaria è dovuta essenzialmente a un problema di capacità, velocità e costi. Generalmente infatti le memorie primarie sono più veloci ma costano di più e hanno una capacità inferiore, mentre quelle secondarie sono più capienti ed economiche, ma sono anche più lente. La tabella seguente mette a confronto i parametri di un tipico hard disk e di una tipica scheda di memoria RAM:
| Tipo | Memoria | Capacità | Tempo accesso | Costo |
| Primaria | RAM | 2 GB | 100 ns | 10 €/GB |
| Secondaria | Hard Disk | 250 GB | 10 ms | 0,1 €/GB |
Come si vede l'hard disk ha capacità centinaia di volte maggiori e costi centinaia di volte minori di quelli di una memoria RAM. Tuttavia la velocità risulta fino a 100.000 volte inferiore.
Per questo motivo i computer usano la memoria primaria come memoria di lavoro durante l'elaborazione e la memoria secondaria come memoria di "immagazzinamento" per salvare i dati al termine dell'elaborazione. Si tratta di una distinzione che ha ragioni storiche ed economiche, piuttosto che logiche. La recente diffusione di hard disk allo stato solido (SSD), cioè di dispositivi di memoria secondaria realizzati a semiconduttore, sta rendendo più sfumata la distinzione fra questi due tipi di memoria.
Un'altra importante differenza riguarda il modo con cui i dati sono organizzati nei due tipi di memorie, dal punto di vista del computer. Nelle memorie secondarie i dati sono suddivisi in cartelle e in file. Nelle memorie primarie invece i dati vengono memorizzati secondo gruppi di byte, detti parole (word) o pagine (page).
Nel seguito della trattazione ci occuperemo esclusivamente di memorie primarie, cioè di memorie a semiconduttore.
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