Informatica. Hardware di base modulo 2. <Nome e Cognome>

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1 Informatica Hardware di base modulo 2 <Nome e Cognome> 30 Aprile 2013

2 Sommario Dispositivi fisici di memoria di massa: Nastri Dischi Fissi Cd-rom DVD e Blu-ray Memorie USB Dischi a stato solido 2

3 Memorie permanenti (di massa) Memoria di massa o persistente: memorizza dati che sono mantenuti anche in caso di spegnimento del calcolatore Dispositivi che: Ad alta capacità memorizzano grandi quantità di dati Basso costo Accesso più lento ma efficiente Non sempre è permesso l'accesso diretto Di solito è organizzato in blocchi = 1KB 3

4 Memorie permanenti (di massa) Sfruttano le seguenti tecnologie: Magnetismo: sostanze magnetizzabili che assumono due possibili stati di polarizzazione Ottica: raggio laser su una superficie con piccolissimi forellini in cui passa/non passa o viene riflessa/non riflessa la luce Tipologie delle memorie di massa: Nastri: memorie ad accesso sequenziale Dischi: memorie ad accesso diretto memorie a stato solido, penne USB stesso approccio di dei dischi 4

5 Gerarchia velocità memorie Dalla più veloce alla più lenta Registri della CPU Memoria Cache CPU (L1, L2) Memoria RAM (principale) Memorie secondarie Dischi magnetici Dischi ottici Nastri magnetici 5

6 Nastri magnetici Nastri flessibili coperti da sostanza magnetizzabile Memorizzazione longitudinale e accesso sequenziale ai dati Costo molto basso per grandi masse di dati Alta affidabilità Molto lenti in accesso random Usati soprattutto per backup I nastri moderni sono in cartucce (da qualche Tbyte) 6

7 Nastri magnetici Il nastro magnetico fu utilizzato per registrare dei dati nel 1951, per il computer UNIVAC I La densità di registrazione era di 128 caratteri per pollice ad una velocità lineare di 100 pollici/sec 7

8 Nastri magnetici (2) I nastri registrano i dati su materiale magnetico (Fe2O3 e CrO2), posto su strato di mylar I dati sono scritti e letti da testine magnetiche che sfiorano il nastro ma non lo toccano I primi nastri avevano testine fisse e tracce poste lungo la direzione del nastro: 6 o 8 tracce con i dati, una per il bit di parità il bit di parità rileva errori di scrittura/lettura Indicatori di BOT (Beginning of Tape) e EOT (End of Tape) Dati raggruppati in blocchi, separati da gap; un blocco viene letto e scritto in un'unica operazione 8

9 Tracce a serpentina I nastri moderni possono avere anche oltre 350 tracce, con accesso a serpentina: le testine sono meno delle tracce arrivati in fondo al nastro, le testine si spostano e percorrono un'altra traccia, in senso opposto 9

10 Altri sistemi dei nastri magnetici Un altro sistema è il quadruplex, con tracce verticali Altri nastri hanno le tracce diagonali e sono letti da testine rotanti (scansione elicoidale) 10

11 Parametri dei nastri magnetici Densità di memorizzazione in bit per inch (bpi): ad es bpi nei primi nastri, anche 100 Mbpi ora Capacità di memorizzazione del nastro in Byte (densità in bpi x lunghezza / 8): es. 4 TB Velocità di movimento in lettura e scrittura (inch/sec), ad es. 100 in/s Lunghezza del nastro (es m.) Compressione dei dati o no 11

12 Dischi magnetici I dischi magnetici memorizzano l'informazione su un disco (o un disk-pack) che ruota Disk-pack: un certo numero di dischi coassiali, ciascuno con due facce magnetizzate Ogni faccia ha un insieme di tracce concentriche, divise in settori corrispondenti (che coprono uno spicchio del nastro Delle testine magnetiche, una per faccia, si muovono in senso radiale, tutte insieme Accesso diretto: ogni settore può essere raggiunto in pochi millisecondi dalla testina 12

13 Disco rigido L'inizio e la fine dei settori sono marcati con sequenze di bit (formattazione) I dati sono letti e scritti in blocchi con un'unica operazione Una zona di memoria (buffer) contiene copia dei settori in lettura/scrittura per velocizzare le operazioni 13

14 Disco rigido (2) Struttura della superficie di un piatto: A) Traccia B) Settore C) Settore di una traccia D) Cluster, insieme di frammenti di tracce contigui 14

15 Disco rigido (3) Per accedere a un settore: le testine si spostano sulla traccia (seek) si aspetta che il settore, ruotando, passi sotto la testina (latenza): in media ½ del tempo di rotazione i dati sono letti e trasferiti elettronicamente, o trasferiti e scritti Tempo di accesso: t seek + t latenza + t trasf Leggendo più settori consecutivi, seek e latenza sono computati una volta sola 15

16 Disco rigido (4) Nei dischi moderni: t seek = 3 15 ms t lat = 2 7 ms Throughput sino a circa 1 Gbit / sec Il throughput è la quantità di dati trasmessi in una unità di tempo Il goodput è la quantità di dati utili nell'unità di tempo del throughput trasmesso scartando extrainformazioni o informazione di overhead associata ai protocolli 16

17 Dischi ottici standard (CD) Basati su tecnologia laser che consente di ottenere capacità e velocità di lettura/scrittura elevate CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory) disco di plastica trasparente di 12 cm di diametro al suo interno si trova un sottile disco di alluminio le informazioni sono memorizzate come successione di buchi nell'alluminio ottenuti per stampa con macchinari industriali e poi letti da un laser capacità sino a MByte 17

18 Dischi ottici standard (CD) Le informazioni sono memorizzate nella superficie metallica riflettente Un raggio laser di scrittura crea delle piccole buche; dove il raggio non incide la superficie rimane liscia. 18

19 Dischi ottici standard (CD) Gli avvallamenti vengono interpretati come segnale 0 (non riflettono) Le zone piene sono interpretati come segnale 1 (riflettono il laser) 19

20 Dischi ottici standard (CD) A differenza dei dischi rigidi, dove le tracce sono concentriche e parallele, i CD hanno una unica traccia a spirale (Simile ai vecchi dischi in vinile). La direzione di lettura va dal centro alla periferia del disco (nei dischi in vinile era opposta) 20

21 Dischi ottici scrivibile CD-R (Compact Disk Registrabili) si scrivono una volta sola Write Once Read Many (WORM), tutto in una volta si scrivono cambiando la riflettività di uno strato di colorante posto sopra un riflettente metallico si scrivono con lo stesso laser usato per leggerli, che altera il colorante dove vanno messi i buchi CD-RW (Compact Disk Read-Write) scritti con la stessa tecnologia la scrittura è reversibile (circa 1000 scritture) si scrivono tutti insieme, non a settori 21

22 DVD I DVD (Digital Video Disc) sono dischi ottici di seconda generazione, con elevata densità: 4,7 GB, ma anche 8.5 GB e 9.4 GB DVD-Video e -Audio per film e musica crittografati ma cracked DVD-R per dati (registrabile) DVD-RW 22

23 DVD - Formati DVD-1, detto più comunemente Mini DVD: 1,4 GB Lato unico e singolo strato, con diametro minore di 120 mm DVD-3: 2,8 GB Double layer Lato unico e doppio strato, con diametro minore di 120 mm DVD-5: 4,7 GB Lato unico e singolo strato DVD-9: 8,5 GB Lato unico e doppio strato DVD-10: 9,4 GB Due lati e singolo strato DVD-18: 17 GB Due lati e doppio strato 23

24 Blu-Ray Blu-Ray Disc (BD) proposto dalla Sony: nel 2002 per film ad alta risoluzione usa un laser blu, con lunghezza d'onda corta (405 nm) I dischi attualmente in uso arrivano a 54 GByte E' previsto possano arrivare sino a 200GByte (40 volte in più di un DVD classico) Usano una crittografia AES per la protezione dei dati 24

25 Blu-Ray Un disco da 25 GByte (singolo strato) è in grado di contenere circa 2 ore di un film ad alta definizione MPEG-2 E' stato previsto l'impiego dei nuovi Codec l'mpeg-4 AVC e VC-1 più sofisticati per migliorare la compressione e la qualità dei video Il primo apparecchio ad aver utilizzato questa tecnologia è la Sony Playstation 3 (2006) 25

26 Penne USB Memoria di massa di dimensioni contenute I dati sono memorizzate in memorie di tipo NAND Le attuali chiavi in commercio arrivano fino a 256GByte Il protocollo per il trasferimento dati è uno standard chiamato USB Mass Storage protocol La velocità è condizionata dalla velocità dell'usb: 1.1 (12MBit/secondo) 2.0 (480MBit/secondo) 3.0 (4,8Gbit/secondo) 26

27 Penne USB 1 connettore USB 2 chip di gestione del protocollo USB 3 pin per test industriali 4 memoria flash 5 quarzo dell'oscillatore 6 LED di accensione 7 interruttore blocco scrittura 8 memoria aggiuntiva 27

28 Dischi a stato solido Usano supporti elettronici per memorizzare in modo permanente le informazioni Usano la tecnologia delle memorie flash EPROM Memorie o Chiavi USB: sino a 256 GB Unità a stato solido: sino a 2 TB Circa 10 volte più costose degli HD Nessuna parte in movimento, minor consumo volte più veloci degli HD Minor numero di RW per bit (da a 1 M) Interfaccia uguale a quella dei dischi (tracce, settori...) per compatibilità 28

29 Dischi a stato solido Non usano organi meccanici In larga misura usano memorie Flash di tipo NAND All'interno delle SSD non c'è alcun disco 29

30 Dischi a stato solido Vantaggi: Rumorosità assente, non essendo presente alcun motore di rotazione Minore possibilità di rottura: le unità a stato solido hanno mediamente un tasso di rottura inferiore a quelli degli hard disk (0,5%-3% contro il 10%) Minori consumi in lettura/scrittura Tempo di accesso ridotto (decimi di ms contro 5-10 ms) Maggiore resistenza agli urti Minore produzione di calore 30

31 Dischi a stato solido Svantaggi: Maggiore prezzo per bit Minore durata dell'unità (limiti di riscritture sulle memorie flash) Minore velocità di scrittura rispetto a quella di lettura Le prestazioni sono legati alla dimensione dei file da leggere/scrivere I produttori stanno lavorando sulla vita dei dispositivi per superare la durata dei vecchi Hard Disk Meccanici. Per una riscrittura giornaliera di un quinto dell'unità si garantiranno 150 anni di vita. 31

32 Domandone Fra le seguenti memorie di massa, quale ha la durata (vita) maggiore? Compact Disc Hard Disk meccanico Unità a stato solido Unità a nastro magnetica 32

33 Durate Tipo Vita Stimata Vita Verificata Testo su pietra anni 4000 anni Testo su papiro anni 2300 anni Testo su pergamena 5000 anni 1300 anni Pellicola fotografica 500 anni 170 anni Disco analogico 1000 anni 130 anni Dischi e nastri magnetici anni anni Compact Disk 100 anni 20 anni Unità a Stato Solido anni 33

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