Si dice memoria un circuito in grado di conservare una informazione e renderla disponibile quando è richiesta. Distinguiamo due tipi di memorie: memoria sequenziale e memoria ad accesso casuale o random. La memoria sequenziale viene letta o scritta disponendo i dati uno di seguito all'altro. Per leggere un dato occorre leggere tutti quelli precedentemente memorizzati, nello stesso ordine di memorizzazione; per scrivere un dato occorre scriverlo successivamente all'ultimo scritto in precedenza. Un esempio di memoria sequenziale è un nastro su cui vengono memorizzati i dati, come nel registratore audio; per leggere un dato occorre far scorrere il nastro fino a raggiungere il punto voluto. La memoria sequenziale è più lenta. La memoria casuale o random è un tipo di memoria in cui il dato viene letto o scritto nella posizione voluta, naturalmente prima della memorizzazione occorre una codifica di tutti gli indirizzi di memoria, quindi il dato può essere memorizzato all'indirizzo voluto, senza alcun ordine di sequenza; il dato successivamente può essere letto direttamente conoscendo l'indirizzo in cui è stato memorizzato. Un esempio di memoria casuale è il CD ROM, in cui il dato viene letto o scritto posizionandosi su quello voluto, senza leggere o scrivere i precedenti.
Le memorie le distinguiamo in due tipi: volatili e non volatili. Nella memoria volatile il dato viene conservato fintantoché è presente l'alimentazione del circuito; una volta spento il circuito il dato sparisce e non è più presente alla successiva riaccensione; un esempio di memoria volatile è quella temporanea dei computer, detta RAM. Dove RAM vuol dire memoria ad accesso casuale o random. Una memoria si dice non volatile quando il dato viene conservato anche quando viene meno l'alimentazione. Un esempio di memoria non volatile è il nastro o il CD ROM o il dischetto del computer, o il disco rigido del computer.
Si dice bit un dato che può essere 0 opporre 1.Un flip flop è in grado di memorizzare un bit. Tuttavia per memorizzare una lettera dell'alfabeto o una cifra di un numero non è sufficiente un bit, ma si ricorre ad un circuito costituito dall'insieme di 8 bit. Si dice byte l'insieme di 8 bit. Naturalmente per un byte occorrono 8 flip flop. In pratica si usa un codice, detto codice ASCII, che fa corrispondere ad una lettera dell'alfabeto una combinazione di 8 bit messi a 0 o ad 1. Esempio la lettera A maiuscola dell'alfabeto corrisponde al numero binario 100 001 cioè 64 + 1 = 65 nel sistema decimale. In realtà i bit utilizzati per il codice ASCII sono sette, l'ottavo bit viene utilizzato come controllo di parità. Per la memoria si usano multipli del byte; esempio una memoria da 1 kbyte è pari a 1.024 byte; una memoria da 1 Mbyte è pari a 1.048.576 byte. Una cella di memoria corrisponde ad un byte.
Tutte le suddette memorie sono di tipo non volatile, cioè il dato si conserva per un tempo molto lungo, senza alimentazione.
Per quanto riguarda le RAM, possiamo dire che esse sono da intendersi delle memorie volatili. Si dividono in RAM statiche se il dato viene conservato, per tutto il tempo di alimentazione, senza bisogno di un circuito di riscrittura. Invece le RAM dinamiche, essendo realizzate in tecnologia MOS, mantengono un dato per tempi molto brevi, occorre perciò un particolare circuito che riscrive periodicamente il dato finché è presente l'alimentazione. Le RAM installate nei PC sono di solito fornite in moduli tipo SIMM, come dalla seguente figura:
LOGICA CABLATA E LOGICA PROGRAMMABILE
Un circuito si dice eseguito in logica cablata quando, una volta costruito, può risolvere logicamente solo un limitato numero di problemi logici, e manca un programma. Un circuito si dice eseguito in logica programmabile, quando per poter essere utilizzato ha bisogno di un programma, cioè di una serie di istruzioni che indicano al circuito i vari calcoli da eseguire. La logica programmabile risulta più versatile e più economica per problemi complessi. Infatti, qualora si ha bisogno di modificare i calcoli da eseguire non occorre sostituire l'intero circuito, ma solo il programma. Vediamo, ora, più da vicino la logica programmabile. Fondamentale è un sistema di collegamenti tra i vari circuiti, detto collegamento a bus. Il bus è un insieme di 8 oppure 16 oppure 32 fili fisici su cui scorrono dei dati, che ovviamente sono già di tipo elettrico. Cioè il bit logico è stato trasformato in un livello elettrico alto, oppure in livello elettrico alto. Uno schema di collegamento a bus è il seguente:
Possiamo notare che pur essendo tutti e tre i circuiti collegati elettricamente al bus, uno solo o più dei circuiti viene abilitato alla lettura dei dati ma uno solo è abilitato ad immettere i dati sul bus, in tal modo si ottiene il risultato voluto, che è quello di trasferire un dato da un circuito ad un altro. Ovviamente il vantaggio del sistema a bus è quello di ridurre notevolmente il numero di conduttori che collegano un circuito all'altro.
Il microprocessore è la parte fondamentale della logica programmabile. Il microprocessore è un insieme di circuiti logici racchiuso in un unico circuito integrato, in grado di eseguire delle operazioni semplici che sono le seguenti: spostamento di dati tra i vari registri interni, confronto di dati per vedere quale è il maggiore tra due dati, somma binaria tra due dati, mediante circuiti sommatori. Combinando opportunamente le operazioni fondamentali si riesce a risolvere problemi molto complessi. La struttura logica di un microprocessore la possiamo schematizzare col seguente schema a blocchi:
Il contatore di programma contiene in un certo istante l'indirizzo della cella di memoria in cui è memorizzata la successiva istruzione da eseguire, non quella che il microprocessore sta eseguendo. I registri sono delle memorie temporanee che contengono un dato su cui occorre fare delle operazioni, oppure il risultato di una operazione, oppure una istruzione. Il registro istruzioni contiene la istruzione che deve essere eseguita. L'unità logico aritmetica detta, ALU, è quella parte del microprocessore che esegue effettivamente le istruzioni, cioè fa la somma tra due dati, oppure il confronto tra due dati. Fondamentale è anche il clock, ovvero la frequenza alla quale avvengono le commutazioni nei vari circuiti del microprocessore. Oggi si cerca di aumentare al massimo il clock, in modo da rendere disponibile il risultato di una operazione, nel più breve tempo possibile.
Vediamo, ora, attraverso uno schema a blocchi, le parti fondamentali di un sistema a microprocessore.
Si dicono unità di ingresso quelle apparecchiature che trasformano in impulsi elettrici una richiesta dell'operatore. Sono unità di ingresso: tastiere, unità a nastro, unità a disco, unità CD ROM, scanner, ecc. Per esempio la tastiera trasforma la pressione di un tasto in una serie di bit a 0 o ad 1, che rappresentano nel codice ASCII la lettera indicata sulla tastiera. L'unità centrale è in pratica il microprocessore.
Si dicono unità di uscita quelle unità che trasformano il risultato di una operazione da segnale elettrico in una forma non elettrica che può essere letta dall'operatore o eseguita da un attuatore. Sono unità di uscita: il monitor, le stampanti, unità a nastro, unità a disco, unità CD ROM, ecc.
Come si nota alcune unità sono sia unità di ingresso che di uscita. Consideriamo, infatti l'unità a disco; quando legge il contenuto di un disco si comporta da unità di ingresso, in quanto legge un dato presente sotto forma magnetica nel disco e lo trasforma in segnale elettrico, si comporta da unità di uscita quando il risultato di una operazione lo memorizza su dischetto, in modo che sia disponibile anche dopo che il computer è stato spento e poi riacceso. Vi è infine la memoria, che come abbiamo detto di solito è di tipo RAM e volatile, cioè memorizza i dati finché il circuito è acceso.