1.4e: MEMORIA DI MASSA

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1 Prof. Alberto Postiglione Scienze della Comunicazione Facoltà di Lettere e Filosofia Università degli Studi di Salerno 1.4e: Informatica Generale (Laurea in Scienze della Comunicazione) Sistemi Complessi (Laurea Magistrale in Comunicazione, Audiovisivi e Società della conoscenza)

2 Bibliografia Curtin, Foley, Sen, Morin Informatica di base, Mc Graw Hill Ediz. Fino alla III : cap. 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 IV ediz.: cap. 4.1, 15.1, 4.2, 4.3, 15.2, 4.4, 4.5, 4.6 Questi lucidi Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 2

3 Prof. Alberto Postiglione Scienze della Comunicazione Facoltà di Lettere e Filosofia Università degli Studi di Salerno Come Vengono Memorizzati i Dati Informatica Generale (Laurea in Scienze della Comunicazione) Sistemi Complessi (Laurea Magistrale in Comunicazione, Audiovisivi e Società della conoscenza)

4 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 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 dati la memoria di massa (memoria secondaria o archivio), utilizzata per memorizzare in modo perenne grandi quantità di dati 1.4e 4

5 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e Necessità della Memoria di Massa La RAM per quanto grande possa essere, non può contenere tutti i programmi, i documenti e gli altri files dell utente è 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 Tli Tali supporti sono le memorie di massa (dette anche ausiliarie, esterne, secondarie) 5

6 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e 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 memoria di massa (in alternativa creare un nuovo documento vuoto) Aggiornarlo, apportando tutte le modifiche necessarie, e questo avviene in RAM utilizzando il programma Salvare il documento modificato, cioè memorizzare su memoria di massa (eventualmente differente da quella di origine) il documento modificato. 6

7 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e 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 supporto Leggere 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). 7

8 Tipi di Memoria di Massa 3 categorie: MEMORIE MAGNETICHE MEMORIE OTTICHE MEMORIE ALLO STATO SOLIDO Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 8

9 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e La Memoria Magnetica Una particella magnetica ha due poli, uno negativo e uno positivo. Due particelle magnetiche si attraggono o si respingono se 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) 9

10 La Memoria Magnetica Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 10

11 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C La Memoria Magnetica 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 e 11

12 La Memoria Magnetica Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 12

13 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. Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 13

14 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e Scrittura dei dati binari La Memoria Ottica Sulla superficie del disco vengono incisi dei buchi (o scanalature) che rappresentano il bit 1, l assenza della scanalatura (detta intersolco) rappresenta il bit 0 Lettura dei dati binari Il 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. 14

15 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 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 volatile Più lenta delle RAM classiche Più veloce delle memorie di massa (non hanno parti mobili come la testina) Facilmente deteriorabili, a causa della modalità di scrittura 1.4e 15

16 Prof. Alberto Postiglione Scienze della Comunicazione Facoltà di Lettere e Filosofia Università degli Studi di Salerno Le Caratteristiche della Memoria Informatica Generale (Laurea in Scienze della Comunicazione) Sistemi Complessi (Laurea Magistrale in Comunicazione, Audiovisivi e Società della conoscenza)

17 Modalità di Accesso ai Dati Accesso Diretto o Sequenziale Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 17

18 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 Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 18

19 Capacità e Rimovibilità (online e offline) Capacità: quanti dati possono essere memorizzati Rimovibilità: ibilità alcuni supporti possono essere rimossi (CD, DVD) e fungere da memoria off-line. La mmri memoria on-line nlin è invece quella sempre direttamente disponibile. Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 19

20 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e Caratteristiche delle memorie: riepilogo Velocità di accesso: tempo medio necessario perché un dato, residente in un punto casuale della memoria, possa essere reperito (1 msec = 10-3 sec; 1 nsec = 10-9 sec) T accesso a memoria centrale» nsec (nanosecondi) T accesso a dischi fissi» 4-10 msec (millisecondi) Capacità: quanti dati possono essere memorizzati su un unico supporto Capacità Memoria Centrale»alcuni GB (GigaByte) Capacità disco fisso» attualmente alcuni Tbyte (Terabyte) 20 Volatilità: perdita dei dati quando si spegne l elaboratore Costo: costo per singolo dato memorizzabile

21 Prof. Alberto Postiglione Scienze della Comunicazione Facoltà di Lettere e Filosofia Università degli Studi di Salerno Gli Hard-Disk Informatica Generale (Laurea in Scienze della Comunicazione) Sistemi Complessi (Laurea Magistrale in Comunicazione, Audiovisivi e Società della conoscenza)

22 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e Hard Disk L Hard Disk Magnetico è il tipo più comune di memoria di massa. L'hard disk è stato inventato nel 1956 dall'ibm. Il primo prototipo poteva immagazzinare circa 5 megabyte di dati. Era grande quanto un frigorifero. La denominazione originaria era fixed disk (disco fisso), il termine hard disk (disco rigido) nacque intorno al 1970 per contrapposizione coi neonati floppy disk (dischetti). 22

23 Hard Disk Contenitore a chiusura ermetica nel quale trovano posto più 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. Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 23

24 Organizzazione di un Hard Disk I dati sono registrati sulla superficie del disco in centri concentrici, detti tracce e in spicchi di uguale capacità (settori). Tipiche capacità per un settore sono 512, 1024, 2048 e 4096 bytes Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 24

25 Organizzazione di un Hard Disk L insieme di tutte le tracce poste sulla stessa verticale prende il nome di cilindro. Ogni superficie dispone di una propria p testina di lettura/scrittura che si muove radialmente e che è posta alla distanza di poche decine di nanometri dalla superficie del disco. Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 25

26 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e Le tolleranze del Disco Fisso Il disco è in continua rotazione Attualmente i valori standard di rotazione sono 4.200, 5.400, 5.600, 7.200, e 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 La testina è tenuta sollevata dall'aria mossa dalla rotazione stessa dei dischi Come se un aereo viaggiasse ad altissima velocità a pochi centimetri dal suolo 26

27 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). Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 27

28 I Controller del Disco Fisso ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C Controller è l interfaccia tra dischi e computer centrale. EIDE (o ATA) che può gestire 4 HD /CD /DVD EIDE Ultra ATA 133 Serial ATA (versione attuale: SATA-3 in grado di trasmettere fino a 6 Gigabit/sec) SCSI che può gestire 16 HD /CD /DVD UltraWide Ultra e 28

29 IDE - SATA Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 29

30 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e Tempo di accesso al disco Tempo necessario, in media, perché un dato, posto in un punto qualsiasi del disco, possa essere reperito. Esso dipende dai seguenti fattori: (tempo di seek) velocità della testina nello spostarsi dalla traccia su cui è attualmente posizionata alla traccia dove risiede il dato. Questo è il fattore più critico poiché si tratta di un movimento meccanico e non di un impulso elettrico (tempo di latenza) tempo da attendere affinché, a causa della rotazione del disco, l'inizio del settore che contiene il dato da reperire arrivi a trovarsi sotto la testina (Tempo di traferimento) tempo necessario per il trasferimento didti dei dati verso la memoria centrale, solitamente t eseguito da un processore dedicato (Direct Memory Access, DMA). Normalmente è l operazione più veloce delle tre. Questo fattore è influenzato dal tipo di controller utilizzato (interfaccia di collegamento tra il disco e la scheda madre)

31 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e 31 Tempo di latenza Il tempo di latenza dipende unicamente dalla velocità di rotazione del disco maggiore è la velocità di rotazione (espressa in giri al minuto) e più breve è il tempo impiegato dal dato a ripassare sotto la testina nel caso questa non fosse arrivata in tempo sul dato, durante la rotazione precedente. Si supponga di avere un disco con velocità di rotazione pari a giri al minuto. La sua velocità di latenza sarà, allora: Velocità di rotazione:15000giri al minuto = /60 giri al secondo = 250 giri al secondo Tempo di rotazione (tempo perchè il disco effettui un giro intero) = 1/250= secondi (4 ms) Velocità di latenza: ½ Tempo di rotazione = 2 ms

32 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e Tempo di accesso al disco Calcolo del tempo di accesso: T i/o = T seek + (T rotazione / 2) + T trasferimento (T seek è il più lungo) T seek (15 ms 1 ms) Latenza di rotazione (6 ms 2 ms) RPM Velocita di trasferimento (misurata in MByte al secondo) Va ricordato inoltre che la velocità di trasferimento cala in modo proporzionale alla frammentazione del file ricercato Per effettuare il trasferimento dei dati in RAM occorre poi disporre di un area di memoria (buffer) di dimensioni i i pari al blocco (quantità di dati che viene trasferita con una sola operazione. Spesso corrisponde ad un settore). 32

33 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e Memorie RAID Redundand Array of Independent Disk Insieme di dischi a basso costo collegati tra di loro che vengono visto come una o più unità Veloci Economici Proteggono i dati Memorizzandoli più volte su dischi diversi (mirroring) Suddividendo i dati in più parti e memorizzando le varie parti su dischi diversi i (sezionamento o striping) i Prevengono malfunzionamenti dovuti al guasto di un singolo disco (che può addirittura essere sostituito con il sistema in funzione) 33

34 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e 34 Formattazione e Partizionamento Formattazione (necessaria per poter utilizzare il disco) Basso livello che viene fatta direttamente in fabbrica e che divide i dischi in tracce e settori. Viene inoltre creata la tabella dei 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: nome dei file, dimensioni, data/ora di creazione e aggiornamento, tipo del file, settore iniziale, concatenamenti Partizionamento i t Una 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

35 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C Bad Blocks Bad Blocks Il 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 i i di superficie. i 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) 1.4e 35

36 Prof. Alberto Postiglione Scienze della Comunicazione Facoltà di Lettere e Filosofia Università degli Studi di Salerno I Dischi Ottici Informatica Generale (Laurea in Scienze della Comunicazione) Sistemi Complessi (Laurea Magistrale in Comunicazione, Audiovisivi e Società della conoscenza)

37 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e 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 ottici 1982, CD audio 1985, CD-ROM (Compact-Disk Read-Only Memory) e CD- WORM (WORM: Write Once Read Many) 1996, CD-RW (RW: Read Write), cioè CD riscrivibili i ibili più volte. 1997, DVD-ROM 37

38 La Memoria Ottica Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 38

39 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 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 1.4e 39

40 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C DVD-Rom DVD (Digital Versatile Disk) Evoluzione del CD-ROM Capacità 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. 1.4e I DVD non possono essere letti dai lettori CD-ROM, ma richiedono unità apposite, mentre è possibile il contrario. 40

41 Maggiore Densità Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 41

42 Prof. Alberto Postiglione Scienze della Comunicazione Facoltà di Lettere e Filosofia Università degli Studi di Salerno Aumentare la Capacità di Memorizzazione Informatica Generale (Laurea in Scienze della Comunicazione) Sistemi Complessi (Laurea Magistrale in Comunicazione, Audiovisivi e Società della conoscenza)

43 Juke Box Mantiene in linea anche centinaia di CD Permette di selezionare e leggere automaticamente dal CD di cui si ha bisogno Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 43

44 La gestione gerarchica della memoria Criteri per valutare una memoria di massa: Tempo di accesso Costo dei dispositivi Per i dati di uso frequente conviene usare dispositivi più veloci (e più costosi) Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 44

45 Prof. Alberto Postiglione Scienze della Comunicazione Facoltà di Lettere e Filosofia Università degli Studi di Salerno Il Backup dei Dati Informatica Generale (Laurea in Scienze della Comunicazione) Sistemi Complessi (Laurea Magistrale in Comunicazione, Audiovisivi e Società della conoscenza)

46 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e 46 BACKUP Copia di salvataggio dei files più importanti. Il valore maggiore di un sistema informatico è quello dei dati che contiene Possono verificarsi incidenti quali Furto dei dischi o dei computer Accesso non autorizzato t con conseguente distruzione i (deliberata o meno) dei dati Infezione da virus Impatto 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)

47 BACKUP: supporti di memorizzazione Ad accesso Diretto. Veloci, ma costosi HD FD ad alta capacità (Iomega Zip, LS-120, ) CD-ROM e DVD-ROM Ad accesso Sequenziale. Supporti economicamente più convenienti Nastri Cassette Alberto Alberto Postiglione glione Dipartimen Scienze to della di Scienze della Com Comunicazion municazione ne Università di tà Salerno di 1.4e 47

48 ze to della di Scienze di tà Salerno di glione Dipartimen Scienz ne Università d Alberto o Postiglione Comunicazion municazione Alberto A della Com C 1.4e Nastri e cassette magnetiche Nastri magnetici la memorizzazione avviene attraverso la magnetizzazione della superficie del nastro Sul nastro sono tracciate delle piste orizzontali parallele. Di solito, 9 piste parallele di cui 8 corrispondono ad un byte e la nona è il bit di parità. ià capacità di memorizzazione di qualche Gb tempi di accesso molto alti possibilità di accedere ai dati in modo solo sequenziale molto usate in passato, attualmente sono utilizzate come unità di backup Cassette a nastro:servono principalmente p per fare il back-up dei dati. La loro capacità varia da 120 MB a 35 GB 48