Come funziona la memoria del computer - Kanawat Senanan

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In molti modi, i nostri ricordi ci rendono ciò che siamo, aiutandoci a ricordare il nostro passato, apprendere e conservare abilità e a progettare il nostro futuro. Per i computer, che spesso agiscono come un'estensione di noi stessi, la memoria gioca un ruolo simile. Kanawat Senanan ci spiega come funziona la memoria del computer.

Lezione a cura di Kanawat Senanan, animazione a cura di TED-Ed.

In molti modi,
i nostri ricordi ci rendono ciò che siamo,

aiutandoci a ricordare il nostro passato,

ad apprendere e conservare abilità

e a progettare il nostro futuro.

Per i computer, che spesso agiscono
come un'estensione di noi stessi,

la memoria gioca un ruolo simile,

che si tratti di un film di due ore,

di un file di testo di due parole

o delle istruzioni di apertura
di entrambi,

ogni cosa nella memoria di un computer
ha la forma di unità di base dette bit,

o cifre binarie.

Ciascuna di esse è registrata
in una cella di memoria

che può passare da uno stato a un altro
con due possibili valori,

0 e 1.

File e programmi sono composti
da milioni di questi bit,

che vengono tutti processati
nell'unità di elaborazione centrale,

o CPU (central processing unit),

che agisce come il cervello del computer.

Con l'aumentare del numero di bit
che hanno bisogno di essere processati,

i progettisti informatici
devono affrontare una lotta continua

tra dimensione, costo e velocità.

I computer hanno memoria a breve termine
per svolgere compiti immediati

e memoria a lungo termine
per la memorizzazione permanente.

Quando esegui un programma,

il sistema operativo assegna un'area
all'interno della memoria a breve termine

per l'esecuzione di tali istruzioni.

Per esempio, quando clicchi un tasto
nel programma di videoscrittura,

la CPU accederà ad una di queste aree
per recuperare i bit d'informazione.

Inoltre, può modificarle
o crearne di nuove.

Il tempo che impiega è conosciuto
come latenza di memoria.

Dato che le istruzioni del programma
devono essere processate con velocità,

si può accedere in qualsiasi ordine
ad ogni area della memoria a breve termine

da qui, il nome
di memoria ad accesso casuale.

Il modello più comune di RAM
è la RAM dinamica, o DRAM.

Qui, ogni cellula di memoria è costituita
da un piccolo transistor e un condensatore

che immagazzina cariche elettriche,

0 quando non c'è carica,
o 1 quando c'è.

Questa memoria è detta dinamica,

perchè trattiene cariche solo per poco,
prima che queste vengano perse,

richiedendo un periodico ricaricamento
per conservare i dati.

Ma anche una latenza bassa
di 100 nanosecondi

è troppo lunga per le moderne CPU,

per cui c'è anche una piccola
memoria interna ad alta velocità,

costituita da una RAM statica,
o SRAM.

Questa è solitamente composta
da sei transistor interconnessi,

che non necessitano di ricaricamento.

La SRAM è la memoria più veloce
nel sistema di un computer,

ma anche la più costosa,

e occupa tre volte lo spazio della DRAM.

Ma la RAM e la cache possono contenere
i dati finché questi vengono caricati.

Affinchè i dati non vengano persi
quando il dispositivo viene spento,

devono essere trasferiti in un dispositivo
con memoria a lungo termine,

di cui esistono tre tipi principali.

Nella memoria magnetica,
che è quella più economica,

i dati sono immagazzinati
come tracciati magnetici

su un disco rotante,
ricoperto da pellicola magnetica.

Ma, poichè il disco deve ruotare
dove sono situate le informazioni,

affinché queste possano essere lette,

la latenza per queste unità è di 100,000
volte più lenta di quella della DRAM.

D'altra parte, anche la memoria
a base ottica, come DVD e Blu-ray,

usa dischi rotanti,
ma con un rivestimento riflettente.

I bit vengono codificati
come punti chiari e scuri,

usando un colorante
che può essere letto grazie ad un laser.

I supporti ottici di archiviazione
sono economici e rimovibili,

le loro latenze sono più lente
di quelle dei supporti magnetici,

ma anche la loro capacità è inferiore.

Infine, i tipi più nuovi e veloci
di memoria a lungo termine

sono le unità a stato solido,
come le pennette USB.

Queste non hanno parti che si muovono,
ma usano transistor a gate flottante,

che immagazzinano bit, intrappolando
o rimuovendo cariche elettriche

dentro strutture interne
appositamente progettate.

Quindi, quanto sono affidabili
questi miliardi di bit?

Tendiamo a pensare alla memoria del pc
come stabile e permanente,

ma, in realtà, si deteriora
abbastanza velocemente.

Il calore generato dal dispositivo
e dall'ambiente in cui si trova,

finirà per smagnetizzare i dischi rigidi,

degraderà il colorante
nei supporti ottici

e causerà la dispersione di energia
nei gate flottanti.

Le unità allo stato solido
hanno anche un'ulteriore debolezza.

Scrivere ripetutamente
sui transistor a gate flottante,

li corrode,
rendendoli, infine, inutili.

Con i dati sui più attuali supporti
di memorizzazione,

che hanno un'aspettativa di vita
inferiore ai 10 anni,

gli scienziati cercano di sfruttare
le proprietà fisiche dei materiali

a livello quantico,

nella speranza di rendere
i dispositivi di memoria più veloci,

più piccoli

e più durevoli.

Per ora, sia per gli umani che per i pc
l'immortalità sembra essere fuori portata.