1.4h - Memoria di Massa - dsc.unisa.itdsc.unisa.it/alberto/Alberto/07-08/Lucidi/2 DIA/1.4h - Memoria...

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Prof. Alberto Postiglione

Dipartimento di Scienze della Comunicazione

Corso di “Informatica Generale” (AA 07-08)

Corso di Laurea in “Scienze della Comunicazione”

Università degli Studi di Salerno

Modulo 1: Le I.C.T.

UD 1.4h: Memoria di Massa

COME VENGONO MEMORIZZATI I DATI

Curtin, cap. 5.1

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# 3UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno

Modificata il 21/11/2007

Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa

La Gerarchia delle Memorie

Esistono tre tipi di memoria:La memoria interna al processore (cache e registri) che serve per velocizzare l’elaborazione (cache) e porgere i dati al processore e memorizzarne le risposte (registri)la memoria centrale (memoria principale o di lavoro), utilizzata per memorizzare i programmi in esecuzione e i relativi datila memoria di massa (memoria secondaria o archivio), utilizzata per memorizzare in modo perenne grandi quantità di dati

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Necessità della Memoria di Massa

La RAMper quanto grande possa essere, non può contenere tutti i programmi, i documenti e gli altri files dell’utenteè una memoria volatile, cioè perde tutti i dati non appena il computer viene spento.

E’ quindi necessario disporre di supporti che consentano di memorizzare grandi quantità di byte e che li conservino anche quando il computer è spento

Tali supporti sono le memorie di massa (dette anche ausiliarie, esterne, secondarie)

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Componenti di una Memoria di Massa

Fisicamente le Memorie di Massa presentano due elementi distinti:

Il dispositivo di lettura/scrittura (detto anche driver)Il supporto di memorizzazione vero e proprio (il CD, il FD, ecc…)

Scrivere significa copiare dati dalla RAM al supportoLeggere significa copiare dati dal supporto alla RAM

Nell‘architettura di von Neumann, quando ci si riferisce alla memoria, s'intende la memoria centrale, mentre si considera la memoria secondaria alla stregua di un dispositivo d'ingresso (input) e/o di uscita (output).

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Tipi di Memoria di Massa

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La Memoria Magnetica

Una particella magnetica ha due poli, uno negativo e uno positivo.

Due particelle magnetiche si attraggono o si respingonose i poli accostati sono di segno opposto o uguale.

Il disco è un supporto magnetico, cioè la sua superficie presenta tante piccole particelle magnetiche, messe una accanto all’altra, allineate in uno dei due possibili versi (il tipo di allineamento corrisponde al valore del bit da memorizzare)

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In fase di scrittura, mentre il disco gira una testina di lettura/scrittura emette piccoli impulsi elettrici. Questi impulsi hanno l’effetto di invertire la polarità delle particelle che incontrano sulla superficie del disco.

In fase di lettura avviene il processo inverso: le particelle magnetizzate inducono nella testina una corrente elettrica che viene trasmessa come una successione di 0 e di 1.

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La Memoria Ottica

Sono dischi (CD e DVD) in cui la memorizzazione avviene alterando o meno la superficie tramite la luce prodotta da un raggio laser.

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La Memoria Ottica

Scrittura dei dati binariSulla superficie del disco vengono incisi dei buchi (o scanalature)che rappresentano il bit 1, l’assenza della scanalatura (dettaintersolco) rappresenta il bit 0

Lettura dei dati binariIl raggio laser in fase di lettura colpisce la superficie del disco, che riflette più o meno luce a seconda che il raggio colpisce un intersolco o una scanalatura.Un dispositivo, il rivelatore fotoelettrico, misura i diversi gradi di rifrazione della luce, che vengono poi trasformati in bit.

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Memorie allo stato solido

Memoria Flash, dispositivi recenti (Pen Drive USB, ma anche memorie dei cellulari o delle fotocamere digitali)

Simile alla RAM Statica Non è volatilePiù lenta delle RAM classichePiù veloce delle memorie di massa (non hanno parti mobili come la testina)Facilmente “deteriorabili”, a causa della modalità di scrittura

LE CARATTERISTICHE DELLA MEMORIA

Curtin, cap. 5.2

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Modalità di Accesso ai Dati

Accesso Diretto o Sequenziale

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Strutturazione del Supporto

Organizzazione in tracce circolari e settori (solo per le memorie magnetiche)

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Velocità di accesso ai dati

Velocità di accesso come somma di tre tempi (solo per le memorie magnetiche):

Tempo di ricerca della traccia (Seek o posizionamento)Tempo di latenza (dipendente dalla velocità di rotazione)Velocità di trasferimento

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Capacità e Rimovibilità (online e offline)

Capacità: quanti dati possono essere memorizzatiRimovibilità: alcuni supporti possono essere rimossi (FD, CD, DVD) e fungere da memoria off-line. La memoria on-line è invece quella sempre direttamente disponibile.

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Caratteristiche delle memorie: riepilogo

Velocità di accesso: quanto tempo occorre per raggiungere un dato (1 msec = 10-3 sec; 1 nsec = 10-9 sec)

Taccesso a memoria centrale » 0.5 - 1 nsec (nanosecondi)Taccesso a dischi fissi » 5-10 msec (millisecondi)Taccesso a dischetti (floppy) » 100 msec

Capacità: quanti dati possono essere memorizzatiCapacità Memoria Centrale » da 32 MB a 16 GBCapacità disco fisso » 40 – 320 GbyteCapacità disco floppy » 1,4 Mbyte

Volatilità: perdita dei dati quando si spegne l’elaboratoreCosto: costo per singolo dato memorizzabile

I DISCHETTI

Curtin, cap. 5.3

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Floppy Disk

Capacità molto ridotta: 1,44 Mbytes!

Costituito da un sottilissimo foglio di plastica speciale sulla quale si trova una sostanza magnetica.

Ruota ad una velocità costante (circa 300 giri al minuto).

Strutturato in facce, tracce, settori:Facce corrispondono alle due superfici di memorizzazione.Tracce Su ciascuna faccia vi sono un insieme di cerchi concentrici (tracce), da 40 a 80 a seconda del tipo di dischetto.Settori Le tracce sono suddivise in settori della dimensione di 512 byte.

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Floppy Disk

70.000 FD (da 1,44 MB) per contenere la stessa quantitàd’informazione di un HD da 100 GB (100.000 MB)!

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Floppy Disk

Un FD è un supporto ormai inadeguato alle nuove esigenze di memorizzazione di programmi e di dati

Preistoria dell’Informatica. Introdotto nel 1984 (Circa 15 GENERAZIONI fa!)

Quando è stato introdotto i computer presentavanoCPU Intel 80386 da 16 MHz con 275.000 transistorDischi fissi di capacità massima di 20 MBSistema operativo MS-DOS non GUIMonitor a caratteri (24 linee x 80 colonne)

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Altre Memorie Rimovibili

Cartucce ZIP Iomega e Jazz: servono principalmente per fare il back-up dei dati e per memorizzare programmi molto grandi .

Le prime contenere 100 o 250 MB di dati e programmi, le seconde 1 o 2 GB.

Floppy disk LS 120 o LS 240: possono contenere fino a 120 MB di dati o 240 MB di dati e programmi. Stessa forma, peso e dimensioni di un FD da 3,5 pollici.

Pen Drive: Memorie Flash rimovibili veloci (su porta USB) e capienti (qualche GB) che di fatto hanno sostituito tutte le Memorie esterne.

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GLI HARD DISK

Curtin, cap 5.4

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Interazione tra RAM e Memoria di Massa

Quando si utilizza un programma per il trattamento di un documento (ad esempio un file di testo) bisogna:

Caricare in RAM il documento già esistente e presente su disco (in alternativa creare un nuovo documento vuoto) Aggiornarlo, apportando tutte le modifiche necessarie, e questo avviene in RAM utilizzando il programmaSalvare il documento modificato, cioè memorizzare su disco il documento modificato.

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Hard Disk

Contenitore a chiusura ermetica nel quale trovano postopiù piatti con due superfici ciascuno rivestite da uno strato di materiale magnetico che ruotano attorno ad un perno centrale e distanti tra loro di qualche millimetro.

Ogni superficie dispone di una propria testina di lettura/scrittura che si può spostare radialmente.

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Hard Disk

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Organizzazione di un Hard Disk

I dati sono registrati sulla superficie del piatto in centri concentrici, detti tracce e in spicchi di uguale capacità (settori). Tipiche capacità per un settore sono 512, 1024, 2048 e 4096 bytes

L’insieme di tutte le tracce poste sulla stessa verticaleprende il nome di cilindro.

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Le tolleranze del Disco Fisso

Il disco è in continua rotazione (3600, 5000, 7200 e anche 10000 giri al minuto).

Le testine di lettura/scrittura non vengono mai a contatto diretto con la superficie del disco, ma girano su un cuscinetto d’aria molto sottile

Come se un aereo viaggiasse ad altissima velocità a pochicentimetri dal suolo

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Le tolleranze del Disco Fisso

Una piccola particella può far entrare in contatto testina e disco.

Un incidente del genere (il disco ha una velocità di quasi 100 Km/h) può provocare danni irreparabili (Crash della testina).

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I Controller del Disco Fisso

Controller è l’interfaccia tra dischi e computer centrale.EIDE (o ATA) che può gestire 4 HD /CD /DVD

EIDEUltra ATA 133Serial ATA

SCSI che può gestire 16 HD /CD /DVDUltraWideUltra 320

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Memorie RAID

Redundand Array of Independent DiskInsieme di dischi a basso costo collegati tra di loroche vengono visto come una o più unità

VelociEconomiciProteggono i dati

Memorizzandoli più volte su dischi diversi (mirroring)Suddividendo i dati in più parti e memorizzando le varie parti su dischi diversi (sezionamento o striping)

Prevengono malfunzionamenti dovuti al guasto di un singolo disco (che può addirittura essere sostituito con il sistema in funzione)

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Formattazione e Partizionamento

Formattazione (necessaria per poter utilizzare il disco)Basso livello che viene fatta direttamente in fabbrica e chedivide i dischi in tracce e settori. Viene inoltre creata la tabelladei Bad Blocks.Logica che viene fatta dall’utente e predispone la creazione di particolari settori riservanti del disco:

Boot sector contiene i comandi di sistema necessari all’avviamento del PC. File Table tabella necessaria per la gestione del disco, contiene: nomedei file, dimensioni, data/ora di creazione e aggiornamento, tipo del file, settore iniziale, concatenamenti

PartizionamentoUna partizione di un disco è una sua suddivisione in una o più zone, ognuna delle quali può contenere ed essere gestita da un differente sistema operativo

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Bad Blocks

Bad BlocksIl software di gestione della periferica (il drive) gestisce la tabella (interna) dei settori danneggiati (Bad Blocks), che sono settori che non possono essere più utilizzati a causa di imperfezioni di superficie. Questa tabella è creata durante la formattazione a basso livello è aggiornata durante le operazioni di formattazione ad alto livello (o a seguito di operazioni di analisi approfondita della superficie del disco)

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Tempo di accesso al disco

Per effettuare il trasferimento dei dati in RAM occorre disporre di un’area di memoria (buffer) di dimensioni pari al blocco (quantità di dati che viene tasferita con una sola operazione. Spesso corrisponde ad un settore).

1. spostamento della testina (seek) verso la traccia richiesta;2. attesa che il settore arrivi sotto la testina;3. trasferimento dei dati in / da memoria centrale, solitamente

eseguito da un processore dedicato (Direct Memory Access, DMA).

Calcolo del tempo di accesso:Ti/o = Tseek + (Trotazione / 2) + Ttrasferimento (Tseek è il più lungo)

Tseek (15 ms – 1 ms)Latenza di rotazione (6 ms – 3 ms) 5000 – 10000 RPMVelocita’ di trasferimento (misurata in MByte al secondo)

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DISCHI OTTICI

Curtin, cap. 5.5

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Dischi ottici

La struttura di questi dischi è paragonabile a quella dei dischi musicali, infatti i dati sono ordinati lungo un’unica traccia a forma di spirale.

Storia dei Dischi ottici1982, CD audio1985, CD-ROM (Compact-Disk Read-Only Memory) e CD-WORM (WORM: Write Once Read Many)1996, CD-RW (RW: Read Write), cioè CD riscrivibili più volte.1997, DVD-ROM

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La Memoria Ottica

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CD-ROM

Sono trasportabili, economici e possono contenere da 650 fino a 800 MB di dati e programmi.

I CD-ROM sono di sola lettura mentre CD Scrivibili e i CD-Riscrivibili possono essere anche scritti utilizzando appositi dispositivi chiamati masterizzatori

Velocità di trasferimento: Originariamente 150 Kbyte / secondo ( “1x” ); Oggi: 12, 16, 24, …, 52 volte tanto…

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DVD-Rom

DVD (Digital Versatile Disk)Evoluzione del CD-ROMCapacità fino a 17 Gbyte (26 volte quella di un CD)Velocità di trasferimento molto elevata

I DVD sono nati come supporto per filmati in alta risoluzione.

I DVD non possono essere letti dai lettori CD-ROM, ma richiedono unità apposite, mentre è possibile il contrario.

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Vantaggi di un DVD su un CD e su un VCR

DVD e CD-ROM hanno simile supporto fisico (120 mm di diametro)DVD maggiore capacità di archiviazione (fino a 26 volte)DVD immagazzina 2 ore di film di alta qualità (2-3 volterispetto VCR)DVD ha una migliore qualità audioDVD definisce un formato per la gestione multilinguedell’audio di un film e dei sottotitoliDVD può essere connesso a TVDVD presenta minor usura dei VCRDVD può contenere datiDVD-ROM legge CD-ROM e CD audio

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Maggiore Densità

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DVD-Video vs. DVD-ROM

Differenza tra DVD-Video e DVD-ROM: DVD-Video (spesso chiamato semplicemente DVD) contiene filmati Video e viene letto in un lettore collegato al televisore.DVD-ROM contiene dati e viene letto da un drive DVD-ROM collegato ad un PC.

La differenza è simile a quella tra CD audio e CD-ROM.

Il numero di drive DVD-ROM è molto maggiore di quello dei lettori DVD-Video. I lettori DVD-ROM possono leggere i DVD-Video (se il PC è abbastanza potente con una scheda di decompressione MPEG)

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AUMENTARE LA CAPACITA’ DI MEMORIZZAZIONE

Curtin, cap. 5.6

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Juke Box

Mantiene in linea anche centinaia di CDPermette di selezionare e leggere automaticamente dal CD di cui si ha bisogno

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La gestione “gerarchica” della memoria

Criteri per valutare una memoria di massa: Tempo di accessoCosto dei dispositivi

Per i dati di uso frequente conviene usare dispositivi piùveloci (e più costosi)

IL BACKUP DEI DATI

Curtin, cap. 5.7

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BACKUP

Copia di salvataggio dei files più importanti.Il valore maggiore di un sistema informatico è quello dei dati che contienePossono verificarsi “incidenti” quali

Furto dei dischi o dei computer Accesso non autorizzato con conseguente distruzione (deliberata o meno) dei datiInfezione da virusImpatto della testina sul disco (con conseguente distruzione fisica di parte o di tutto il disco)…

Spesso il supporto di backup è off-site (cioè fisicamente lontano dal computer)

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BACKUP: supporti di memorizzazione

Ad accesso Diretto. Veloci, ma costosiHDFD ad alta capacità (Iomega Zip, LS-120, …)CD-ROM e DVD-ROM

Ad accesso Sequenziale. Supporti economicamente piùconvenienti

Nastri Cassette

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Nastri e cassette magnetiche

Nastri magnetici la memorizzazione avviene attraverso la magnetizzazione della superficie del nastro

Sul nastro sono tracciate delle piste orizzontali parallele. Disolito, 9 piste parallele di cui 8 corrispondono ad un byte e la nona è il bit di parità.capacità di memorizzazione di qualche Gbtempi di accesso molto altipossibilità di accedere ai dati in modo solo sequenzialemolto usate in passato, attualmente sono utilizzate come unità di backup

Cassette a nastro: servono principalmente per fare il back-up dei dati.

La loro capacità varia da 120 MB a 35 GB

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