Architettura dei sistemi di elaborazione (La memoria parte 4)

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1 Architettura dei sistemi di elaborazione (La memoria parte 4)

2 Memoria Secondaria Lo scopo delle memorie secondarie o ausiliarie è quello di conservare in modo persistente grandi quantità di dati. Tecnologia magnetica o ottica o a stato solido Ad accesso seriale o semi-casuale o casuale Accessibile in lettura/scrittura Persistenza dei dati (non volatile) Dispositivi quali nastri magnetici, floppy, dischi rigidi, CD-ROM, memorie flash rappresentano memorie non volatili, con tempi di accesso decisamente maggiori rispetto alla memoria principale.

3 Supporti Magnetici o Ottici Condividono il sistema (o testina) di lettura e scrittura tra diverse locazioni di memoria. La sequenza di locazioni che condivide la stessa testina si chiama traccia. L'accesso alla locazione di memoria avviene spostando la testina o la traccia. La traccia o parte di essa deve essere letta completamente per accedere al singolo dato. Le memorie ad accesso seriale hanno raggiunto con la tecnologia magnetica e ottica costi per bit estremamente bassi. Esse hanno comunque tempi di accesso elevati perché: Occorre tempo per posizionare la testina di lettura. La traccia si muove a velocità ridotta. Il trasferimento dati è seriale. La testina di lettura è condivisa fra più tracce.

4 Dischi Magnetici Un disco rigido consiste di un certo numero di piatti di alluminio ricoperti da materiale magnetico. Attualmente il diametro dei piatti varia da 3 a 12 cm, e un disco rigido ospita da 1 a 20 piatti. I piatti sono in perenne rotazione (tra 3600 e 7200 giri/min, ma ci sono anche dischi che vanno a giri/min). La testina di un disco, contenente un induttore, e` sospesa appena sopra la superficie e viene sostenuta da un cuscino d`aria. Quando passa una corrente negativa o positiva, la superficie appena sotto la testina viene magnetizzata, poi quando la testina passa sopra quest`area magnetizzata viene indotta una corrente (positiva o negativa) nella testina, cio`permette di rileggere i bit memorizzati precedentemente. Le testine di lettura/scrittura sono solidali tra loro, ma solo una alla volta legge/scrive in un certo istante. L accesso è semi-casuale perché per poter effettuare una operazione di lettura/scrittura occorre prima portare la testina sulla traccia e poi attendere che il settore cercato passi sotto di essa.

5 Hardware del disco Struttura di un disco rigido

6 Dischi Magnetici I dati sulla superfice del disco sono scritti in cerchi concentrici o tracce. Ogni traccia è divisa in settori (da 512 byte, ma anche 1024 e 2048 byte), ciascuno contenente un gruppo di dati con le informazioni per correggere eventuali errori e un preambolo per la sincronizzazione. L insieme delle tracce su di un cerchio di dato raggio costituisce un cilindro. S E T T O R E codice di correzione dato (512 byte) preambolo Direzione del movimento del braccio Gap fra settori Testina di lettura e scrittura Braccio del disco

7 Formattazione del disco Una illustrazione del cylinder skew

8 Formattazione del disco Senza interleaving Con interleaving singolo Con interleaving doppio

9 Gestione degli errori Una traccia con un settore difettoso Sostituzione del settore difettoso con un settore di riserva Slittamento dei settori per evitare quello difettoso

10 Memoria Secondaria - prestazioni I principali parametri che caratterizzano le prestazioni della memoria secondaria sono: seek time (t seek ): tempo necessario a portare la testina sulla traccia latency time o latenza di rotazione (t lat ): è il tempo medio speso nell attesa che il settore passi sotto l unità di lettura/scrittura velocità di rotazione del disco (r): si misura in giri al secondo (rps) tempo di trasferimento (t trasf ): è il tempo richiesto per trasferire un settore (valori usuali sono compresi tra 2 e 15 MB/s) Si noti che: t lat = (2r) -1 Il tempo di accesso viene definito come: t acc = t seek + t lat + t trasf

11 Algoritmi di scheduling per il braccio Initial Pending position requests L algoritmo di scheduling Shortest Seek First (SSF)

12 Algoritmi di scheduling per il braccio L algoritmo di scheduling dell ascensore

13 Dischi Ottici Un Disco Ottico (CD/DVD-ROM) è un disco di policarbonato con una superficie di alluminio riflettente protetta da un film di resina. Le informazioni sono memorizzate come successioni di "buchi" (pits) e "terre"(lands) nel policarbonato, letti per mezzo di un laser. I dati su di un CD sono memorizzati a spirale. La velocità di scansione è di 1,2 m/s costante con una velocità di rotazione che varia da 500 (settori esterni) a 200 giri/min (settori interni). I dati sono memorizzati in settori che contengono: Preambolo (16 byte) Dati (2048 byte) ECC (288 byte) La velocità di lettura 1x è di circa 75 settori/s che corrispondono a circa 150 Kbyte/s. Velocità massima di lettura: 52x. Un CD contiene fino a 800MB di dati (80 minuti di musica).

14 Dischi - Ridondanza Tecnologia RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) Livello 0: block-level striping Livello 1: block-level mirroring Livello 2: Bit-level Striping con codici di Hamming (ECC) per la correzione di errori Livello 3: Bit-level Striping con disco dedicato di parità Livello 4: Combina 0 e 3 block-level striping con disco parità Livello 5: Interleaving dei blocchi e parità distribuita

15 Dischi - Ridondanza RAID livelli 0, 1, 2 (backup e parità in grigio)

16 Dischi - Ridondanza RAID livelli 3, 1, 5 (backup e parità in grigio)

17 Dischi Ottici (CDROM) Usa il raggio laser e sfrutta la riflessione della luce Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da superfici diverse, e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini Ogni unità di superficie può essere forata o non forata L informazione viene letta guardando la riflessione del raggio laser

18 Memorizzazione ottica

19 Dischi Ottici (CDROM)

20 Dischi Ottici - Organizzazione Simboli di 14 bit 42 Simboli fanno un frame Frame di 588 bit, ciascuno contenente 24 byte di dati preambolo 98 Frame fanno 1 settore Dati ECC Settore di tipo 1 (2352 byte )

21 Dischi Ottici - DVD DVD (Digital Versatile Disc): più capace e veloce del normali CD Sviluppati per le immagini di standard TV (a pixel) DVD a doppio strato: un strato sotto l altro; il primo strato è realizzato in materiale semi-trasparenti Blu-Ray e HD-DVD: sviluppati per le immagini digitali di alta risoluzione (a 1920 x 1080 pixel)

22 Memorie Flash Le memorie flash sono dispositivi a stato solido (non hanno parti in movimento) non volatili (mantengono l informazione anche se non sono alimentate) che stanno prendendo il posto dei dischi. Velocità di lettura ~ 20 MB/s di scrittura ~ 10 MB/s Latenza ~ 25 µs per iniziare a leggere, ~ 100 µs per leggere 2KB ~ 200 µs per scrivere 2KB In futuro sostituiranno i dischi rigidi.