INFORMATICA INDICE CAP. 3.2 HARDWARE MEMORIE DI MASSA. Gianfranco Bentivoglio CAP HARDWARE: MEMORIE DI MASSA

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1 Gianfranco Bentivoglio INFORMATICA CAP. 3.2 HARDWARE MEMORIE DI MASSA INDICE LE MEMORIE DI MASSA 6 M. DI MASSA: LA CLASSIFICAZIONE IN BASE ALL UTILIZZO 10 M. DI MASSA: LA CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA TECNOLOGIA 12 TECNOLOGIA MAGNETO-OTTICA 16 DISPOSITIVI MAGNETICI 18 DISCO FISSO ( IN APPOGGIO ALLA RAM ) 18 DISK ARRAY ( IN APPOGGIO ALLA RAM ) 18 DISCO RIMOVIBILE ( IN APPOGGIO ALLA RAM E BACKUP ) 18 JUKE BOX ( IN APPOGGIO ALLA RAM E BACKUP ) 18 FLOPPY DISK( BACKUP E SCAMBIO DATI ) 20 I NASTRI ( BACKUP E SCAMBIO DATI ) 22 ALTRI DISPOSITIVI ( BACKUP E SCAMBIO DATI ) 24 HARD DISK 26 LA STRUTTURA FISICA 26 HARD DISK: LA STRUTTURA LOGICA 28 HARD DISK: PRESTAZIONI 30 DISPOSITIVI OTTICI 34 LETTORI CD/DVD 36 CD (COMPACT DISK) 38 CD: I DIVERSI SUPPORTI 40 CD: I DIVERSI FORMATI 42 LA MASTERIZZAZIONE 45 DVD: DIGITAL VERSATILE DISK 48 DVD: LA TECNOLOGIA 50 IL FORMATO DVD-VIDEO 52 IL FORMATO DVD-ROM 54 IL FORMATO DVD-AUDIO 54 DVD: I FORMATI PER LA REGISTRAZIONE 56 IL FUTURO DELLA MEMORIZZAZIONE 58 MEMORIE A SINGOLO ELETTRONE 58 MEMORIE ORGANICHE E 58 I LIMITI DELLA MEMORIZZAZIONE DEI SISTEMI 60 VERIFICHE 62 1 QUALI PARAMETRI INFLUISCONO SULLA POTENZA DI UNA CPU? 62 2 COSA VALUTARE IN UN HARD DISK 64 3 GERARCHIE DI MEMORIA 66 4 LA CAPACITA DELLE MEMORIE DI MASSA 68 5 QUALI FATTORI INFLUISCONO SULLA POTENZA ELABORATIVA DI UN COMPUTER 70 D ISPENSE AD USO DEGLI STUDENTI DEL CORSO DI GESTIONE INFORMATICA DEI DATI AZIENDALI Nome file CAP. 3.2-HW MEMORIE DI MASSA REV 2.DOC Agg. al: Totale Pagine 08/03/05 70 PAG. 3.4

2 MEMORIE DI MASSA LE MEMORIE DI MASSA M. MAGNETICA IN APOGGIO ALLA RAM HARD DISK SCAMBIO DATI E BACKUP FLOPPY DISK NASTRO MAGNETICO ZIP IOMEGA SUPERDISK IMATION Con il termine memorie di massa si indica genericamente una serie di dispositivi, di norma elettromeccanici, in grado di fornire una memorizzazione: DI ELEVATA CAPACITÀ E RELATIVAMENTE A BASSO COSTO A differenza della memoria centrale (RAM), la memoria di massa presenta una maggiore capacità di memorizzazione dati 1, ma un tempo di accesso molto più alto. Questo è dovuto al fatto che le memorie di massa utilizzano componenti elettromeccanici che sono di molti ordini di grandezza più lenti di quelli di tipo elettronico (utilizzati nella memoria centrale). SICURA E DUREVOLE NEL TEMPO Le informazioni che vengono memorizzate sulle memorie di massa possono essere recuperate anche a seguito dello spegnimento del computer (cosa che non avviene per le informazioni memorizzate nella RAM) e restano accessibili ed utilizzabili fintantoché non vengono volutamente rimosse. SU SUPPORTI FISICI CHE POSSONO ESSERE TRASPORTATI Alcuni dispositivi di memorizzazione utilizzano supporti rimovibili: questo consente il trasferimento dei dati memorizzati tra diversi sistemi di elaborazione. Tutte queste caratteristiche, non presenti nella memoria centrale (RAM), hanno reso necessario l utilizzo di questo ulteriore livello di memoria. Per questo motivo all interno del computer avremo: 1. una memoria principale (RAM) veloce, ma volatile e di dimensioni relativamente piccole, al cui interno vengono memorizzati di volta in volta i programmi e i dati da elaborare; 2. una memoria secondaria (memoria di massa) con capacità di memorizzazione molto maggiore e in grado di memorizzare i dati in maniera permanente. Questa memoria, per la sua bassa velocità (di almeno sei ordini di grandezza inferiore a quella della RAM), non può essere letta direttamente dal processore ma viene usata per mantenere tutti i programmi e i dati utilizzati sull elaboratore. M. OTTICA CD-ROM CD-R CD-RW DVD 1 Oggi le memorie di massa hanno normalmente una capacità dell ordine dei GB (gigabyte) ma, nei sistemi di elaborazione utilizzati in grosse aziende, non è raro trovare dimensioni dell ordine dei TB (terabyte). PAG. 3.6

3 Dal punto di vista funzionale, quindi, le memorie di massa vengono utilizzate per memorizzare, in modo permanente, gli archivi di dati (file dati) e il software del computer (programmi). Poiché il processore non può utilizzare direttamente la memoria di massa, l elaborazione avverrà con le seguenti modalità: a) quando si vuol utilizzare un certo programma, questo dovrà essere copiato dalla memoria di massa nella RAM, (questa attività viene anche chiamata caricamento del programma e, come vedremo più avanti, viene svolta dal sistema operativo in risposta ad una richiesta da parte dell utente di esecuzione del programma stesso; b) dopo che il programma è stato caricato, anche i dati, al momento del loro utilizzo, dovranno essere caricati nella RAM, per poter essere elaborati; c) terminata l elaborazione, i dati verranno nuovamente trasferiti nella memoria di massa per essere conservati nel tempo (si dice anche che i dati vengono salvati ). Si usa anche dire che, mentre nella RAM vengono mantenute le informazioni a breve termine, lo scopo delle memorie di massa, è quello di consentire la memorizzazione di informazioni a lungo termine. Ma il confronto tra memoria centrale e memoria di massa non si limita alla differente velocità, alla maggiore capacità ed al fatto che l una è volatile e l altra no. La diversa tecnologia utilizzata fa si che anche il modo con cui vengono letti/scritti i dati è sostanzialmente diverso e determina una grossa differenza nell accesso agli stessi dati durante l elaborazione: MEMORIA CENTRALE un operazione di lettura/scrittura consente di indirizzare il singolo byte (in altre parole il processore ha la possibilità di leggere/scrivere un byte alla volta). MEMORIA DI MASSA un operazione di lettura/scrittura coinvolge sempre un blocco di più byte; infatti nella memoria di massa le informazioni sono organizzate in blocchi di più byte (record fisico) ed il record fisico è la minima unita che può essere indirizzata e quindi letta o scritta. Il motivo per cui nella memoria di massa, la gestione delle informazioni è organizzata su blocchi di più byte, ha due giustificazioni principali: 1. per indirizzare ogni singolo byte, stante la dimensione delle memorie di massa, sarebbe necessario disporre di uno spazio di indirizzamento molto elevato e quindi di troppi byte per rappresentare gli indirizzi; 2. poiché ogni singolo accesso ai dati nella memoria di massa, è e- stremamente più lento, risulta più economico leggere blocchi di dati invece del singolo byte (e questo è tanto più vero nel momento in cui le tipiche operazioni che vengono fatte nella memoria di massa riguardano il caricamento/memorizzazione di file e quindi coinvolgono una grande quantità di dati). MEMORIA CENTRALE Il processore ha la possibilità di accedere ad ogni parte della memoria con la stessa identica velocità (il tempo di accesso è lo stesso per tutti i byte). Si dice in questo caso che la memoria principale permette un accesso diretto ai dati MEMORIA DI MASSA Generalmente, la velocità con cui si accede al singolo blocco di dati, dipende dalla sua posizione all interno del supporto fisico su cui è memorizzato. Ad esempio: nel disco fisso, le tracce interne vengono lette più lentamente rispetto a quelle esterne (sulle quali la testina è normalmente posizionata); nel nastro magnetico, per poter leggere i dati memorizzati in una data posizione, bisogna prima leggere tutti i dati che precedono. In questo caso si dice che il dispositivo consente un accesso sequenziale ai dati Nelle pagine seguenti viene presentata la classificazione in base alla quale sono suddivise le diverse memorie di massa. Due sono la variabili in base alle quali i dispositivi sono classificati: l USO PRIMARIO A CUI IL DISPOSITIVO È DESTINATO, distinguendo due possibili utilizzi: in appoggio alla RAM oppure per il backup e/o scambio dati ; la TECNOLOGIA utilizzata per la memorizzazione: magnetica oppure ottica. Quindi si esamineranno, in maniera approfondita e classificandoli all interno della griglia proposta, i seguenti specifici dispositivi: TECNOLOGIA MAGNETICA TECNOLOGIA OTTICA IN APPOGGIO ALLA RAM HARD DISK DISK ARRAY BACKUP E SCAMBIO DATI DISCO REMOVIBILE JUKE BOX FLOPPY DISK IOMEGA ZIP SUPERDISK NASTRO MAGNETICO CD-ROM DVD PAG. 3.8

4 1 CLASSIF.: IN BASE ALL UTILIZZO MEMORIA DI MASSA USATA IN APPOGGIO ALLA RAM NON VOLATILE, MANTIENE I DATI ED I PROGRAMMI NORMALMENTE USATI CAPACE VELOCE (IL PIÙ POSSIBILE) MEMORIA DI MASSA PER IL BACKUP E PER LO SCAMBIO DI DATI TRASPORTABILE, PERMETTE DI CREARE DELLE COPIE DI DATI E PROGRAMMI IN MODO DA POTERLI CONSERVARE (BACKUP) O PER UNO SCAMBIO DATI CON MONDO ESTERNO ECONOMICA, IL MEDIA DEVE AVERE UN BASSO COSTO X MB M. DI MASSA: LA CLASSIFICAZIONE IN BASE ALL UTILIZZO In funzione dell utilizzo a cui sono destinate, classificheremo le memorie di massa in queste due categorie principali. Memorie di massa usate in appoggio alla RAM In questa prima categoria rientrano le memorie di massa che vengono usate in stretta cooperazione con la memoria centrale. Esse trovano la loro motivazione nel fatto che l'attuale tecnologia non permette di realizzare memorie centrali (RAM) dotate di grossa capacità e soprattutto capaci di mantenere i dati anche quando il computer è spento (non volatili). Si rende quindi necessario affiancare alla memoria centrale una memoria di massa che, pur avendo una velocità di accesso ridotta, abbia quelle caratteristiche di capacità e di non volatilità necessarie per il funzionamento del computer. Le memorie di massa, che rientrano in questa categoria, hanno di norma le seguenti caratteristiche: sono molto veloci (anzi, nella loro categoria sono le più veloci, anche se la loro velocità non è lontanamente paragonabile a quella delle memorie elettroniche); sono in grado di conservare i dati anche quando il computer è spento, garantendo una significativa affidabilità del processo di conservazione; per questo uso non è invece una caratteristica importante la trasportabilità ; anzi normalmente questa tipologia di memorie di massa è posizionata in maniera fissa all interno del calcolatore. Memorie di massa per il backup e per il trasferimento dei dati Le memorie di massa appartenenti a questo secondo tipo di vengono essenzialmente utilizzate per il trasferimento di dati all esterno dell elaboratore con lo scopo di: creare archivi storici per conservare i dati nel tempo, realizzare copie di riserva (= backup ), da utilizzare in caso di guasti all hard disk, scambiare i dati tra diversi elaboratori. Anche questa seconda tipologia di memoria ha alcune caratteristiche peculiari: il supporto utilizzato per la memorizzazione (nastro magnetico, dischetto) è normalmente estraibile e può essere facilmente trasportato su un altra unità; affinché lo scambio di dati tra dispositivi diversi sia possibile, è necessario che esistano standard, universalmente accettati, per la registrazione dei dati sul supporto steso; è importante una elevata capacità di memorizzazione; la velocità può anche non essere elevata, ma è importante un basso costo per byte registrato; possono anche avere un accesso sequenziale ai dati (come nel caso del nastro magnetico) senza che questo penalizzi le funzioni di backup e scambio dati (per le quali l accesso di tipo sequenziale è più che sufficiente); il supporto contenente i dati deve avere una durata sufficientemente lunga. PAG. 3.10

5 2 CLASSIF.: LA TECNOLOGIA LA MEMORIZZAZIONE MAGNETICA M. DI MASSA: LA CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA TECNOLOGIA Il secondo parametro utilizzato per classificare le memorie di massa è la tecnologia utilizzata per la memorizzazione dei dati: TECNOLOGIA MAGNETICA TECNOLOGIA OTTICA LA TECNOLOGIA MAGNETICA Attualmente il principio fisico più utilizzato nei dispositivi di memorizzazione di massa è quello che si basa sul MAGNETISMO, ed è lo stesso principio usato per la normale registrazione audio o video su cassetta 2. Questa tecnologia si basa sull esistenza di sostanze ( materiali magnetici ) che, mediante opportuni campi magnetici, possono essere magnetizzate e sul fatto che tale magnetizzazione può assumere due opposti tipi di polarizzazione, positiva o negativa. A queste due diverse polarizzazioni vengono fatti corrispondere i due valori (0 e 1) che può assumere un bit. La magnetizzazione così ottenuta è poi permanente fino a quando non viene modificata tramite l applicazione di un nuovo campo magnetico. Tutti i dispositivi che utilizzano questa tecnologia utilizzano una testina di lettura/scrittura in grado di polarizzare, nelle due modalità indicate, le particelle magnetiche che ricoprono il supporto utilizzato per la memorizzazione (di norma un disco o un nastro, ricoperto di ossido di ferro). La stessa testina di lettura/scrittura è anche in grado di riconoscere la polarizzazione associata alle particelle, permettendo in questo modo la lettura dei dati memorizzati. 2 Attenzione: Proprio per la tecnologia utilizzata, l esposizione di un supporto magnetico (su cui siano stati registrati dei dati) a campi magnetici esterni, può causare la perdita di tutte le informazioni registrate. PAG. 3.12

6 2 CLASSIF.: LA TECNOLOGIA LA MEMORIZZAZIONE OTTICA ELEMENTO RILEVATORE RAGGIO LASER RFLESSO ELEMENTO EMETTITORE RAGGIO LASER LA TECNOLGIA OTTICA Il secondo principio utilizzato per la realizzazione delle memorie di massa è quello che si basa sulla: TECNOLOGIA OTTICA Più precisamente tale tecnologia utilizza il raggio LASER 3 per riconoscere la presenza o meno di piccolissime cavità su di una superficie perfettamente liscia. Queste microscopiche cavità sono chiamate PIT, mentre la porzione della superficie che rimane liscia è chiamata LAND. Ogni punto della superficie del supporto di memorizzazione può contenere o meno una di queste cavità e questo viene fatto corrispondere all informazione binaria elementare (0 o 1). Il processo di lettura è concettualmente molto semplice: a) un raggio laser, estremamente focalizzato, viene inviato contro la superficie del disco e, in funzione del fatto che colpisca una cavità (PIT) o la superficie liscia del disco (LAND), viene riflesso con una minore o maggiore intensità; b) un elemento rilevatore, opportunamente disposto, misura l intensità del raggio laser riflesso e genera così il corrispondente segnale binario (0 oppure 1). La lettura di un disco ottico può essere effettuata con semplicità, in quanto è sufficiente utilizzare un raggio laser di bassa potenza. Questo ha permesso una rapida diffusione dei dispositivi di lettura laser ( Lettori CD ) su tutti i computer. LAND PIT 3 Il laser è un particolare tipo di raggio luminoso che può essere focalizzato su un punto in maniera estremamente precisa. PAG. 3.14

7 La scrittura di un supporto ottico invece può essere fatta in due modalità: attraverso uno specifico processo di stampaggio del media (CD) stesso che, in questo modo, nasce già con la superficie opportunamente configurata in base ai dati registrati; mediante l utilizzo di un raggio laser4 che però, in questo caso, deve avere una maggior potenza; questi dispositivi, tecnicamente più complessi e quindi anche più costosi, sono comunemente chiamati masterizzatori ;la grossa diffusione che hanno avuto in questi ultimi anni ha determinato una forte riduzione del prezzo e la loro accessibilità anche in configurazioni domestiche. TECNOLOGIA MAGNETO-OTTICA Per completezza si ricorda che esistono anche dei dispositivi che utilizzano una tecnologia mista, ottica + magnetica. Questi dispositivi utilizzano le due tecnologie, ma si possono dividere in due classi in funzione del diverso modo in cui le tecnologie sono applicate: alcuni utilizzano un sistema di puntamento basato su laser, per un posizionamento più preciso sulla zona su cui poi effettuare la normale memorizzazione magnetica; altri utilizzano un raggio laser per focalizzare, riscaldandola, la infinitesima porzione del disco su cui si andrà a scrivere con il solito principio della memorizzazione magnetica La differenza rispetto ad un normale dispositivo con memorizzazione magnetica è che il supporto si magnetizza solamente dove è riscaldato: poiché con un raggio laser si riesce a riscaldare porzioni minime del supporto, si ottiene il risultato di riuscire a concentrare più dati sul supporto stesso. 4 In questo secondo caso la scrittura del media (CD) avviene mediante il riscaldamento di una minuscola area del disco: questo fatto altera la capacità di riflessione del raggio laser durante la successiva lettura, ottenendo lo stesso effetto di una cavità. PAG. 3.16

8 DISPOSITIVI MAGNETICI HARD DISK O DISCO RIGIDO O DISCO FISSO CON UNA CAPACITÀ INTORNO AI 40 GB, È IDEALE COME MEMORIA DI MASSA USATA IN APPOGGIO ALLA RAM VELOCISSIMO SOFFRE PER I BRUSCHI SPOSTAMENTI DISK ARRAY DISCHI RIMOVIBILI > 100 GB IDEALE COME MEMORIA USATA IN APPOGGIO ALLA RAM SU MEDI SISTEMI VELOCISSIMI OTTIMIZZATI PER DARE LA MASSIMA SICUREZZA (FAULT TOLERANT) 100 MB 10 GB OTTIMA MEMORIA SECONDARIA, CARTUCCE TROPPO COSTOSE PER IL BACKUP VELOCI TRASPORTABILI NO STANDARD, MA DIVERSE TECNOLOGIE JUKE BOX >500 GB MEMORIA SECONDARIA, MA ANCHE VELOCE BACKUP COMPLESSI COSTOSI VELOCI DISPOSITIVI MAGNETICI DISCO FISSO ( IN APPOGGIO ALLA RAM ) Chiamato anche disco rigido o hard disk, è il dispositivo di memorizzazione di massa più utilizzato sui personal computer e rappresenta oggi la combinazione ottimale tra prezzo, velocità, capacità e affidabilità. Costruttivamente è composto da un disco rigido ricoperto di uno strato magnetico, racchiuso in un contenitore sigillato per evitare qualunque contatto con il pulviscolo presente nell aria. Apposite testine di lettura/scrittura sono in grado di registrare i dati sulla sua superficie. E un unità velocissima, con tempi di accesso ai dati dell ordine dei 10 millisecondi ed con una capacità che va da 20 GB a 200 GB. Vi si memorizzano tutti i programmi, Sistema Operativo compreso, e tutti i dati utilizzati dall utente. Questo tipo di dispositivo, normalmente installato in maniera fissa all interno dell unità centrale del personal computer, verrà trattato in maniera più approfondita, nelle pagine successive. DISK ARRAY ( IN APPOGGIO ALLA RAM ) Si tratta di un certo numero di singoli hard disk, visti logicamente come se fossero un unica unità; utilizzano dei particolari schemi di memorizzazione dei dati grazie ai quali, se uno degli hard disk dovesse guastarsi, è possibile sostituirlo senza perdita di dati. Anzi, in alcuni sistemi la sostituzione può avvenire senza neanche dover fermare l elaboratore. Il loro prezzo elevato fa sì che siano utilizzati su sistemi aziendali di fascia medio alta. DISCO RIMOVIBILE ( IN APPOGGIO ALLA RAM E BACKUP ) il disco magnetico può essere introdotto e rimosso dall unità di lettura/scrittura. Costruiti con tecnologie diverse, in funzione delle quali è possibile rimuovere solo il disco oppure anche parte dell unità, presentano alcuni significativi vantaggi: permettono l utilizzo di più dischi su cui memorizzare i dati, è possibile conservare un disco, contenente dati riservati, in un luogo sicuro, si possono utilizzare per scambiare i dati tra computer diversi e possono anche essere usati come supporto per il backup. A fronte di questi vantaggi hanno una capacità molto ridotta rispetto ai normali hard disk e dei tempi di accesso più lenti. JUKE BOX ( IN APPOGGIO ALLA RAM E BACKUP ) Sono dei dispositivi in cui una unità a dischi rimovibili è servita da un sistema di cambio automatico dei dischi; i dischi a loro volta sono disposti in uno speciale magazzino da cui vengono automaticamente prelevati quando si richiedono i dati ivi contenuti. Utilizzati per la memorizzazione di grossi archivi storici, sono presenti sui sistemi di elaborazione di grandi azienda (es. banche). PAG. 3.18

9 1,4 MB FLOPPY DISK ECONOMICI STANDARD PRATICI DA TRASPORTARE ADATTI PER LO SCAMBIO DI PICCOLI FILE LENTI POCO CAPACI FORMAT0 FORMATO CAPACITÀ DS/DD (DOUBLE SIDE DOUBLE DENSITY) DS/HD (DOUBLE SIDE HIGH DENSITY) DS/DD (DOUBLE SIDE DOUBLE DENSITY) HD (HIGH DENSITY) ED (EXTRA DENSITY) 5 ¼ 360 KB 5 ¼ 1.2 MB 3 ½ 720 KB 3 ½ 1,44 MB 3 ½ 2,88 MB FLOPPY DISK( BACKUP E SCAMBIO DATI ) L unità a floppy disk, presente praticamente su tutti i personal computer, è stato (ed in parte lo è ancora) il dispositivo più utilizzato per il trasferimento di piccoli file da un computer all altro (in questo senso è anche stato un veicolo di trasmissione dei virus ). Quando la dimensione degli archivi non è elevata, viene anche utilizzato per effettuare delle copie di riserva. Il funzionamento del floppy disk è molto simile a quello del disco, ma con alcune sostanziali differenze: l unita a floppy disk ( drive ) ha un solo piatto, rimovibile, che comunemente si chiama dischetto o floppy disk ; le testine di lettura-scrittura sono pilotate da un braccetto comandato da un motore passo-passo che ne controlla il posizionamento sulle due facce del floppy; i modelli attuali utilizzano 2 testine (una per ogni lato del dischetto) che in fase di lettura/scrittura entrano in contatto fisico con la superficie del dischetto; questo significa che il dischetto, è sottoposto ad una vera e propria usura che, in condizioni d impiego estreme, lo possono deteriorare molto rapidamente; il dischetto normalmente è fermo: la rotazione, attivata solamente al momento di una richiesta di lettura/scrittura, ha una velocità molto più bassa rispetto a quella di un disco rigido (circa 360 rpm); il tempo medio di accesso ai dati, pari a circa 200 ms (millisecondi), non permette di utilizzare il floppy disk come memoria di massa in appoggio alla RAM; la struttura a tracce e settori è identica a quella che verrà illustrata per il disco fisso, ma con un numero di tracce e settori ridotto; un foro sul dischetto permette al drive di riconoscere la posizione della traccia 0 ; i dischetti sono costituiti da un supporto in materiale plastico ricoperto da un sottile strato di materiale magnetizzabile (di solito ossido ferroso); il dischetto è flessibile, da qui il nome floppy ; un involucro più o meno rigido protegge il supporto; una tacca di protezione, presente sull involucro e- sterno, può proteggere il dischetto da eventuali scritture non desiderate; Benché in passato si siano utilizzati formati più grandi (8 e 5 ¼ ), attualmente si usano quasi esclusivamente dischetti da: 3 ½ Tali dischetti, a differenza dei precedenti formati, sono racchiusi in un guscio di plastica rigido, con una piastrina metallica a protezione del punto di contatto con la testina di lettura; questa struttura fisica rende di fatto il dischetto da 3 ½ più affidabile e facilmente trasportabile e quindi anche quello di gran lunga oggi più utilizzato. Due parole sui dischetti da 2,88 MB per dire solo che, introdotti qualche anno fa, non hanno trovato impiego effettivo nei personal computer: causa di ciò è stata la maggior quantità di memoria richiesta dai sistemi grafici (Windows) e l affermarsi di altri dispositivi e di altre tecnologie (CD Riscrivibili, v. più avanti), altrettanto economici ma con capacità di memorizzazione nettamente maggiori. Lo schema a fianco riporta i diversi formati utilizzati, indicando sia la dimensione fisica del dischetto che la sua capacità. PAG. 3.20

10 CAPACITÀ: TECNOLOGIA: NASTRI QIC DA 0,5 A 4 GB REGISTRAZIONE LINEARE, SU PIÙ TRACCE COSTI: BASSO COSTO PER BIT REGISTRATO UTILIZZO: BACKUP VELOCITÀ: CAPACITÀ: TECNOLOGIA: LENTE DA 2 A 40 GB DAT REGISTRAZIONE OBBLIQUA COSTI: BASSO COSTO PER BIT REGISTRATO UTILIZZO: BACKUP NEI SISTEMI AZIENDALI I NASTRI ( BACKUP E SCAMBIO DATI ) I nastri magnetici utilizzati nei computer sono abbastanza simili a quelli utilizzati nel settore musicale. Il nastro è realizzato con un supporto di materiale plastico, ricoperto di una sostanza magnetizzabile. Passando sotto la testina di lettura/ scrittura, il nastro viene registrato con i dati binari. I dati, essendo memorizzati lungo tutto il nastro, sono organizzati in modo sequenziale: per leggere un dato registrato a metà nastro dobbiamo leggere tutti i dati che lo precedono. I punti di forza dei nastri sono i costi bassi, la notevole capacità e una buona affidabilità. Per contro, a causa dell accesso sequenziale, hanno dei tempi di accesso molto lunghi, per cui vengono quasi esclusivamente utilizzati per le copie di salvataggio ( backup ) 5. In alcuni casi, grazie al fatto che alcuni formati sono diventati dei standard industriali di fatto, vengono utilizzati anche per il trasferimento di dati tra computer diversi. Sul mercato troviamo due diverse tecnologie: QIC QUARTER INCH CARTRIDGE E lo standard per le unità a nastro ed il fatto che sia diffuso anche su piattaforme diverse permette un facile trasferimento dei dati da un sistema all altro. La tecnica di registrazione utilizzata è lineare, nel senso che i dati sono registrati per tutta la lunghezza del nastro, in più tracce parallele. Il numero di tracce determina la capacità dell unità, che può arrivare fino a 4 GB 6. NASTRI DIGITALI: DAT DIGITAL AUDIO TAPE Il termine audio nel nome deriva dal fatto che inizialmente sono stati utilizzati in sostituzione delle audiocassette. Nelle unità DAT i dati sono registrati in tracce elicoidali, scritte diagonalmente rispetto alla lunghezza del nastro. Le dimensioni delle cartucce utilizzate sono pari a circa la metà delle normali cassette audio. Lo standard DDS (Digital Data Storage) definito da Sony e HP nel 1989, ha permesso di utilizzare queste unità per la memorizzazione di dati ed in particolare per il backup di sistemi aziendali. Successivamente lo standard DDS è stato esteso (DDS-DC-Data compression) per includere la compressione dei dati. Attualmente la capacità di queste unità è compresa tra 2 e 40 GB. Se confrontati ad altre unità a nastro questi dispositivi sono relativamente veloci: non è raro il caso in cui il tempo di trasferimento dei dati è superiore a quello dei floppy disk. 5 Il nastro magnetico è il tipico dispositivo utilizzato per il salvataggio giornaliero dei dati contenuti sui dischi fissi: in questo modo, in caso di rottura dei dischi, è possibile recuperare rapidamente i dati. 6 L evoluzione di questo standard, il TRAVAN, grazie all utilizzo di un numero maggiore di tracce, permette di raggiungere una capacità di memorizzazione pari a 20 GB. PAG. 3.22

11 ALTRI DISPOSITIVI IOMEGA: ZIP CAPACITÀ DA 100, 250 E 750 MB IMATION: SUPERDISK CAPACITÀ 120 MB LETTORE COMPATIBILE CON FLOPPY DISK ALTRI DISPOSITIVI ( BACKUP E SCAMBIO DATI ) Nell ambito dei dispositivi che utilizzano la tecnologia magnetica per la memorizzazione dei dati troviamo: IOMEGA ZIP IMATION SUPERDISK due unità che utilizzano supporti removibili, di costo contenuto e con capacità dell ordine dei 100 MB. IOMEGA ZIP L unità ZIP è prodotta dalla IOMEGA e, grazie ad una tecnologia proprietaria, ha la capacità di memorizzare 100, 250 o 750 MB su particolari cartucce rimovibili e facilmente trasportabili. Queste cartucce, rispetto ai normali floppy disk, sono leggermente più pesanti ed hanno uno spessore maggiore. Sono comunque supporti molto affidabili, anche quanto sono maneggiate da persone poco esperte Le unità più recenti possono essere installate su piattaforme diverse (Windows o Macintosh) e quindi sono utilizzabili per trasferire con facilità i dati anche tra sistemi completamente diversi. IMATION SUPERDISK L unità Superdisk, molto simile al lettore floppy disk, può memorizzare sino a 120 MB di dati su particolari cartucce, peraltro molto simili ai normali floppy disk da 1,44 MB. Una caratteristica interessante dell unità Superdisk è quella di poter leggere anche i normali floppy disk da 1,44 MB. Considerando il loro costo contenuto, la buona capacità di memorizzazione e la semplicità di utilizzo questi dispositivi sono indicati per la creazione di copie di riserva di file (backup) e per il trasporto di file tra due o più sistemi. Per contro bisogna ricordare che, come tutti i dispositivi che utilizzano la tecnologia magnetica, queste unità perdono definitivamente i dati se posti accanto a campi magnetici. Inoltre temono la polvere e hanno una durata media non superiore ai 2 o 3 anni. PAG. 3.24

12 HARD DISK: LA STRUTTURA FISICA PIATTO IN PLASTICA RICOPERTO DA UNO STRATO DI OSSIDO METALLICO TESTINA DI LETTURA E SCRITTURA (0,2 MICRON) MOTORE PER LA ROTAZIONE DEI PIATTI ( GIRI AL MIN.) BRACCIO PER IL POSIZIONAMENTO DELLE TESTINE (10 MILLISECONDI) HARD DISK LA STRUTTURA FISICA La figura a fianco mostra schematicamente i principali componenti interni di un hard disk. Innanzitutto individuiamo uno o più piatti (per fornire una maggiore capacità) rigidi, ricoperti di materiale magnetico; il nome disco rigido dato a questo tipo di dispositivo deriva proprio da questa caratteristica dei piatti. Tutti i piatti sono fissati su un perno centrale collegato ad un motore. Quando il dispositivo è acceso il motore fa girare i piatti ad una velocità costante, generalmente compresa tra 3600 e 7200 rpm (rotazioni per minuto). Il secondo elemento da evidenziare sono le testine di lettura/scrittura, una per ogni lato del piatto, tutte solidali con un braccio portatestine che ne permette lo spostamento in senso radiale rispetto al piatto. Questo braccio, a seguito di una richiesta di lettura/scrittura, esegue dei piccoli spostamenti, con tempi medi pari a circa 10 ms (millisecondi), in modo da portare le testine sulla parte del disco voluta. Le testine hanno il compito di codificare (e decodificare) i dati binari sul disco, utilizzando il principio della polarizzazione magnetica. Esse devono posizionarsi quanto più possibile in vicinanza della superficie del disco (questo per ottenere una maggiore capacità di memorizzazione) senza però mai toccarne la superficie. Praticamente le testine, sfruttando i principi dell aerodinamica, viaggiano su un cuscino d aria ad una distanza dalla superficie molto inferiore al diametro di un capello. Questo spiega il motivo per cui queste unità sono sigillate: anche una piccola particella di polvere, che penetrasse tra la testina e la superficie del disco, potrebbe rappresentare un ostacolo distruttivo e rendere inutilizzabile tutta l unità. Bisogna anche fare molta attenzione agli spostamenti bruschi quando l unità è in funzione. Quando il disco è spento, per evitare danni ai piatti, le testine vengono automaticamente parcheggiate in una zona non utilizzata per i dati. Infine il terzo componente da esaminare è il controller, quella speciale circuiteria dedicata al controllo delle operazioni del disco ed in grado di gestire la trasmissione dei dati verso la CPU. PAG. 3.26

13 HARD DISK: LA STRUTTURA LOGICA SETTORI TESTINA 0 TESTINA 1 E 2 TESTINA 3 E 4 TESTINA TRACCIA 0 TRACCIA 1 TRACCIA 2 CILINDRO: L'INSIEME DELLE TRACCE LETTE CONTEMPORANEAMENTE SEEK HARD DISK: LA STRUTTURA LOGICA Passiamo ora a descrivere il modo in cui sono organizzati i dati sull hard disk. Lo scopo è quello di realizzare uno schema di indirizzamento che permetta di individuare una precisa porzione della superficie del disco su cui poi andare a leggere/scrivere. A tale fine la superficie del piatto viene divisa in: TRACCE, ovvero in cerchi concentrici di diametro crescente, a partire dal perno centrale del disco stesso. Il gruppo di tracce coincidenti, situate su più piatti e sulla faccia opposta dello stesso piatto, viene chiamata cilindro ; in altre parole tutte le tracce che sono posizionate alla medesima distanza dal perno centrale del disco fanno parte dello stesso cilindro. Le tracce vengono numerate progressivamente a partire dalla traccia più esterna che è la traccia n. 0. SETTORI, la superficie del disco è suddivisa come gli spicchi di una torta. Anche in questo caso esiste un settore di partenza che viene definito come settore n. 0. L intersezione tra un settore e una traccia viene chiamata blocco o record fisico 7 Il record fisico o blocco è la minima porzione del disco direttamente indirizzabile (di norma, su un personal computer, un settore ha una dimensione pari 512 byte) ed è la minima unità di informazione che può essere letta o scritta8. Un ultima informazione necessaria per individuare correttamente la porzione del disco su cui leggere/scrivere è proprio la testina utilizzata (e quindi del piatto su cui si sta operando). Per tale scopo anche le testine sono numerate, partendo da 0 per la superficie esterna del piatto superiore. Riassumendo possiamo dire che: il blocco o record fisico è l unità minima di informazione che può essere indirizzata e quindi letta o scritta sul disco la posizione fisica di un blocco sul disco è individuata da tre parametri: n. traccia, n. settore e n. testina. DA TUTTE LE TESTINE 7 Ma spesso viene chiamato anche settore, creando un po di confusione con il settore appena visto 8 Attenzione: molto spesso, nei moderni PC, a causa di limitazioni proprie del sistema operativo, la minima unità d'informazione letta o scritta è il CLUSTER, ovvero un certo numero di record fisici. PAG. 3.28

14 Tutti i blocchi hanno la stessa dimensione ed è ovvio che tanti più settori e tracce sono presenti su una unità, tanto maggiore sarà la sua capacità di memorizzazione. Un inconveniente di questo schema è che, mentre il numero di blocchi registrato su ogni traccia è costante, la dimensione fisica della traccia diminuisce man mano che si passa dalle tracce esterne a quelle interne. Questo comporta due fatti: l area centrale del disco non può essere utilizzata in quanto la lunghezza delle tracce, pur scrivendo con elevata densità, non permetterebbe di avere lo stesso numero di settori presenti sulle tracce esterne. sulle tracce esterne i dati sono memorizzati con minore densità rispetto alle tracce interne e quindi in maniera non ottimizzata: questo significa uno spreco dello spazio 9. Mentre nella memoria principale è possibile indirizzare e leggere un singolo byte di informazione, nelle memorie di massa si leggono e scrivono dei blocchi di informazione, la cui dimensione dipende dal tipo di memoria di massa utilizzato, da scelte progettuali e dalla necessità di rispettare eventuali standard presenti. Il fatto che nelle memorie di massa si legga un blocco, e non un singolo byte, dipende da un insieme di considerazioni di tipo tecnologico e architetturale: il tempo per posizionare la testina di lettura sul dato, dipendendo da servomeccanismi di tipo elettromeccanico, è molto più alto del tempo di lettura del dato stesso: un volta effettuato il posizionamento risulta molto più efficiente leggere i dati in blocchi più grandi; le memorie di massa hanno una elevata capacità: per leggere/scrivere il singolo byte sarebbe necessario predisporre una lunghezza degli indirizzi troppo elevata (lo spazio di indirizzamento dovrebbe arrivare ai terabyte); l uso che normalmente si fa della memoria di massa è quello di leggere/scrivere grosse quantità di dati e quindi è più efficiente leggere grossi blocchi di dati alla volta piuttosto che effettuare tante operazioni di lettura/scrittura di un singolo byte. La suddivisione del disco in tracce e settori viene realizzata con una particolare funzione chiamata formattazione, eseguita in fase di inizializzazione del disco. Il numero di tracce, il numero dei settori e le informazioni di controllo registrate dipendono dal particolare dispositivo di memorizzazione utilizzato e dal tipo di sistema operativo. 9 Per ovviare a questi problemi alcune unità utilizzano una particolare mappatura che permette di inserire più settori nelle tracce esterne rispetto a quelle interne. HARD DISK: PRESTAZIONI Le prestazioni di un hard disk dipendono principalmente dalle sue caratteristiche costruttive. Tre, in particolare, sono gli elementi che giocano un ruolo determinante nella definizione delle prestazioni: Tempo di accesso (o seek time): è il tempo necessario per posizionare la testina sulla traccia su cui effettuare un operazione lettura/ scrittura di dati. Più questo tempo è basso e più rapidamente la testina si posizionerà sulla traccia contenente il blocco cercato. Per la sua misurazione viene convenzionalmente utilizzato il tempo di accesso medio che, per le attuali unità, è dell ordine dei 10 ms (millisecondi). Un ridotto tempo di accesso è importante per applicazione che effettuano numerosi accessi sul disco. Velocità di rotazione/latenza: dopo aver posizionato la testina sulla traccia è necessario localizzare il settore appropriato. La latenza è il tempo necessario perché il settore, a seguito della rotazione del disco, passi sotto la testina di lettura/scrittura. Tanto più elevata è la velocità di rotazione dei piatti tanto più bassa sarà la latenza. Ormai I dischi normali operano a velocità di rotazione pari a 7200 rpm (rotazioni per minuto) mentre fino a pochi anni fa la velocità era di 3600 rpm. Nei modelli SCSI si arriva rpm ed oltre. Velocità di trasferimento: dopo aver localizzato il blocco occorre leggere i dati e trasferirli verso la memoria centrale (stesso discorso per la scrittura). La velocità di trasferimento misura il numero di byte letti e trasferiti in un secondo, tra il disco e la memoria centrale. Nelle attuali unità la velocità di trasferimento è dell ordine di 20 MB/sec. Questo fattore è particolarmente importante per quelle applicazioni che leggono/scrivono grossi volumi di dati. UN APPROFONDIMENTO TECNICO Benché le prestazioni di un hard disk dipendano principalmente dalle tre caratteristiche appena viste, purtuttavia alcune tecniche software, normalmente utilizzate, permettono di incrementare le sue prestazioni globali. Cache in lettura: questo è la tecnica più usata per migliorare le prestazioni dei dischi rigidi. Infatti, indipendentemente dalla loro velocità, gli hard disk sono dei dispositivi elettromeccanici e di conseguenza enormemente più lenti rispetto alle memorie RAM (circa 106 volte). Per compensare in parte questa enorme differenza si utilizza una particolare tecnica che consiste nel riservare una porzione della normale RAM (chiamata appunto cache del disco ) per memorizzare temporaneamente i dati letti dal disco: specifici programmi di gestione della cache consentono di evitare l accesso al disco tutte le volte che i dati siano già presenti nella cache. Dove si richiedano particolari prestazioni, la cache ed il programma di gestione sono inglobati sulla scheda del controller del disco stesso. L uso della cache nelle normali applicazioni può fornire incrementi reali da 2 a 10 volte della velocità di accesso ai dati. PAG. 3.30

15 HARD DISK: PRESTAZIONI BUFFER LOOKAHED COMPRESSIONE DEI DATI KB PKZIP, ARJ 1. IL BUFFER LOOKAHEAD LEGGE I DATI CHE SONO FISICAMENTE DISPOSTI DOPO QUELLI APPENA RICHIESTI E LI MEMORIZZA IN MODO DA AVERLI DISPONIBILI NEL BUFFER PER POSSIBILI RICHIESTE SUCCESSIVE 2. LA FUNZIONE DI COMPRESSIONE PUÒ RIDURRE LO SPAZIO OCCUPATO DAI DATI DA 2 FINO A 5 VOLTE (FILE WINDOWS) CACHE LETTURA CACHE WRITE-BEHIND 1 2 MB 512 KB 2 MB 1. LA CACHE CONSERVA I DATI RICHIESTI PIÙ DI FREQUENTE, CONSENTENDO DI EVITARE L ACCESSO AL DISCO TUTTE LE VOLTE CHE I DATI RICHIESTI SIANO GIÀ PRESENTI NELLA CACHE (10 6 VOLTE PIÙ VELOCE) 2. LA CACHE PUÒ ESSERE SULLA SCHEDA DI CONTROLLO DEL DISCO O PUÒ ESSERE RICAVATA RISERVANDO UNA PORZIONE DELLA MEMORIA CENTRALE (RAM) 3. IN AMBIENTE WINDOWS, 2 MB DI CACHE PER IL DISCO COMPORTANO UNA QUADRUPLICAZIONE DELLA PURA VELOCITÀ DEL DISCO RISPETTO ALL UTILIZZO IN ASSENZA DI CACHE 4. QUANDO SI UTILIZZA UNA CACHE WRITE-BEHIND, BISOGNA AVER CURA DI SPEGNERE IL COMPUTER SEGUENDO LE NORMALI PROCEDURE DI ARRESTO In particolare, in ambiente Windows, 2 MB di cache per il disco comportano, in media, una quadruplicazione della velocità di accesso ai dati su disco rispetto all utilizzo in assenza di cache. Cache write-behind: utilizzando ancora una memoria cache, questa tecnica è rivolta all ottimizzazione della fase di scrittura. Il funzionamento è semplice: i dati da scrivere sul disco vengono conservati in una memoria cache, fintantoché non si raggiunge la dimensione di un settore o il computer è inattivo. In entrambi i casi si procede alla scrittura fisica su disco Benché estremamente efficiente nelle operazioni di scrittura, questo tipo di tecnica presenta un grosso problema: se l utente spegnesse il computer senza seguire le normali procedure di arresto del sistema (che al loro interno prevedono la scrittura su disco dei dati presenti nella cache) i dati eventualmente contenuti sulla cache write-behind andrebbero persi. Buffer look-ahed: questa ulteriore tecnica consiste nel leggere i settori successivi rispetto a quello che si sta leggendo (fisicamente memorizzati sulla stessa traccia) e memorizzarne i dati in una porzione della RAM (come per la cache). Poiché normalmente un archivio viene memorizzato sul disco in settori contigui, diventa molto probabile che, dopo aver letto il primo, si debbano leggere i settori successivi: se così accade le successive letture accederanno al buffer e non al disco. Compressione dei dati: questa ultima tecnica utilizza particolari metodi di codifica (metodi di compressione) per far si che gli stessi dati occupino meno spazio sul disco, aumentando di fatto la capacità di memorizzazione del disco stesso. Normalmente in fase di scrittura i dati vengono compressi, mentre in fase di lettura si effettua la fase di decompressione, riportando il file alla sua situazione originale. Una piacevole conseguenza del processo di compressione è che, dovendo trasferire una quantità minore di dati, il tempo totale di accesso ai dati risulta migliorato (se la macchina ha una CPU veloce in grado di realizzare il processo di compressione e decompressione in tempi sufficientemente rapidi). Per capire come possa funzionare un programma di compressione pensiamo ai dati contenuti in un archivio, in cui spesso troviamo lunghe sequenze di caratteri uguali. Il programma di compressione lavora sostituendo queste sequenze con particolari codici che ne riducono l occupazione. E ovvio che il programma di decompressione permetterà poi il ripristino di tali codici nelle stringhe originali. Esistono due categorie di programmi per la compressione dei dati: quelli che sono inglobati nel sistema operativo della macchina e che svolgono questa attività in maniera del tutto automatica; quelli che, attivati su richiesta dell operatore, permettono la compressione di determinati file (es. WINZIP in ambiente Windows) PAG. 3.32

16 DISPOSITIVI OTTICI DISPOSITIVI OTTICI I dischi ottici, CD-Rom e DVD, utilizzano la tecnologia laser per la lettura dei dati memorizzati. Fisicamente i dati sono memorizzati sulla superficie del disco come una sequenza di land (in cui la superficie resta liscia) e pit (punti in cui sono presenti delle minuscole cavità). Il raggio laser focalizzato sulla superficie del disco viene riflesso dalle land e catturato dai pit. Un elemento rilevatore cattura queste variazioni e permette la codifica binaria degli 0 e 1. I dati sono memorizzati su una singola traccia, a forma di spirale, che parte dal centro e va verso l esterno. Un apposito motore fa ruotare il disco in modo che la velocità di lettura della traccia sia sempre la stessa, sia al centro che al bordo esterno La capacità di memorizzazione e l eccellente rapporto prezzo-prestazioni di questi dispositivi, insieme all uso senza problemi e alla sicurezza dei dati che garantiscono, hanno reso i dischi ottici un supporto universale per la memorizzazione dei dati. READ ONLY POSSONO ESSERE SOLO LETTI UTILIZZATI PER DISTRIBUIRE GROSSI VOLUMI DI INFORMAZIONI WORM WRITE ONCE READ MANY POSSONO ESSERE SCRITTI UNA SOLO VOLTA UTILIZZATI PER ARCHIVIARE DATI FISCALI E PER FARE COPIE RISCRIVIBILI POSSONO ESSERE SCRITTI PIÙ VOLTE UTILIZZATI PER IL BACKUP E PER IL TRASFERIMENTO DI GROSSE QUANTITÀ DI DATI I dischi che utilizzano la tecnologia ottica per la memorizzazione dei dati, in base modalità di registrazione, possono essere classificati in queste tre categorie. READ ONLY Possono essere solo letti. Vengono stampati ovvero vengono realizzati con già inglobato il loro contenuto informativo. In questo senso si comportano come se fossero l equivalente di un libro stampato e sono quindi adatti per distribuire grosse quantità di informazioni. WORM (Write Once Read Many) Questi dischi possono essere scritti una sola volta. Dopo la prima scrittura possono essere solo letti. Sono utilizzati per fare copie, per archiviare dati che non devono più essere modificati (come ad esempio i dati fiscali) e per lo scambio dati. RISCRIVIBILI Possono essere scritti più volte. Prima di procedere con una nuova scrittura, è necessaria un operazione di cancellazione che richiede del tempo. Sono usati per il backup e per il trasferimento grosse quantità di dati PAG. 3.34

17 LETTORI CD /DVD LA VELOCITÀ DI TRASFERIMENTO È LEGATA ALLA VELOCITÀ DI ROTAZIONE - 1x (SINGOLA PARI 150 KB/SEC), = CD-AUDIO - 2x (DOPPIA PARI A 300 KB/SEC), - 4x (600 KB/SEC) -..x - 40x (6 MB/SEC) L USO DELLA CACHE NE PUÒ MIGLIORARE IN MANIERA SIGNIFICATIVA LE PRESTAZIONI TEMPO ACCESSO 200 MSEC, 20 VOLTE SUPERIORE AL TEMPO DI ACCESSO DI UN HARD DISK LETTORI CD/DVD I lettori CD prima ed oggi i lettori CD/DVD sono diventati rapidamente dei dispositivi presenti su ogni configurazione di personal computer, anche le più economiche. D altronde il CD ed il DVD è ormai il supporto universalmente usato per la distribuzione del software, di banche dati e contenuti multimediali. Da un punto di vista fisico il lettore è composto da: una sorgente laser in grado di emettere un raggio che, passando attraverso una serie di lenti, si focalizza sulla superficie del disco; un fotolettore che, grazie ad un fotodiodo e alla sofisticata elettronica contenuta, è in grado di rilevare la quantità di luce riflessa dalla superficie del disco e tradurla in una corrispondente sequenza di 0 e 1; un motore in grado di far ruotare il disco: la rotazione del disco associata allo spostamento radiale del raggio laser, permette di leggere ogni punto del disco. La lettura è fatto seguendo un percorso a spirale che parte dal centro e si sviluppa verso l esterno. Durante tale fase l unità deve ruotare il disco ad una velocità variabile, più lentamente quando la testina è vicina al bordo esterno e, viceversa, più velocemente quando si viene a trovare sulla parte più interna. In questo modo, indipendentemente dalla posizione raggiunta sulla spirale, la testina di lettura vede un disco che ruota ad una velocità costante. La velocità con cui i dati vengono letti dipende quindi dalla velocità di rotazione del disco. La velocità dei primi CD era la stessa velocità dei CD-audio. Successivamente, per migliorare il tempo di accesso ai dati, la velocità di rotazione è stata raddoppiata (unità 2x) e poi quadruplicata (unità 4x). Attualmente i lettori CD hanno una raggiunto una velocità di rotazione 40 e più volte superiore a quella dei CD audio. Nonostante questo (e nonostante l uso di una memoria cache per velocizzare l accesso) le prestazioni, in termini di velocità di accesso ai dati memorizzati sul supporto ottico, restano ben al di sotto di quelle fornite da un hard disk. PAG. 3.36

18 COMPACT DISK (CD) ETICHETTA CD (COMPACT DISK) Il CD ha un diametro di 12 mm. Visto in sezione un CD è costituito da: a) un substrato in policarbonato, b) uno strato riflettente (in alluminio nel CD-Rom), c) uno strato protettivo su cui viene serigrafata l etichetta POLICARBONATO PIT STRATO RIFLETTENTE 0,5 micron I dati sono registrati lungo una traccia a spirale che parte dal centro e va verso il bordo esterno. Nella parte centrale, prima della traccia che contiene i dati, c è un area utilizzata per la taratura che viene chiamata: lead-in Sul bordo esterno, a chiusura della traccia dati, c è un area chiamata: lead-out La superficie di un cd contiene una lunga serie di avvallamenti (PIT) distribuiti lungo la spirale che si sviluppa a partire dal centro fino al bordo. Un singolo PIT all incirca è largo 0,5 micron ed è lungo da un minimo di 0,8 micron ad un massimo di 3,5 micron. Tra una traccia e l altra sulla spirale c è una distanza di 1,6 micron. L area tra i PIT, che rimane liscia, si chiama LAND. Sul normale CD è possibile memorizzare fino a circa 650 MB. Il tempo medio di accesso è di circa 200ms (paragonabile a quello del floppy). 1,6 micron LAND PAG. 3.38

19 CD: I DIVERSI SUPPORTI CD: I DIVERSI SUPPORTI In funzione della tecnologia utilizzata per registrare i dati sulla superficie del CD, possiamo distinguere tre diverse tipologie di supporti: CD-ROM CD-R CD-RW SONO PRESTAMPATI UTILIZZATI PER DISTRIBUIRE GROSSE QUANTITÀ DI DATI POSSONO ESSERE SCRITTI 1 VOLTA E LETTI MOLTE VOLTE (WORM) UTILIZZATI PER CREARE COPIE DI RISERVA O PER ARCHIVIARE DATI CHE NON DEVONO ESSERE PIÙ MODIFICATI DOPO ESSERE STSTI SCRITTI, SI POSSONO ANCHE CANCELLARE CI POSSONO ESSERE PROBLEMI DI LETTURA CON I LETTORI PIÙ DATATI SONO COMUNQUE MOLTO PIÙ LENTI DI UN HARD DISK UTILIZZATI COME SUPPORTO PER IL SALVATAGGIO ED IL TRASFERIMENTO DEI DATI CD-ROM (compact disc read-only memory) Questi CD sono prestampati ovvero vengono realizzati con già inglobato il loro contenuto informativo e possono essere solo letti. Sono molto utilizzati per distribuire grosse quantità di informazioni (in questo senso si comportano come se fossero l equivalente di un libro stampato). CD-R (Compact Disk Recordable) - CD-Registrabile Questi CD, che appartengono alla categoria dei cosiddetti WORM (Write Once Read Multiple), possono essere scritti una sola volta attraverso un dispositivo chiamato masterizzatore. Appartengono ovvero quella categoria di supporti che, dopo che è stato scritti, possono essere solo letti. Un CD-R è adatto per archiviare dati che non devono più essere modificati (come ad esempio brani musicali o, nel caso di aziende, dati contabili che devono essere conservati. CD-RW (Compact Disk Re-Writable) - CD Riscrivibili A differenza dei CD-R, questi CD possono essere scritti più volte (da 1000 a 10000), previa la cancellazione dei dati. Per la loro scrittura sono necessari appositi masterizzatori; inoltre, poiché la riflessione del raggio laser è più bassa, non vengono letti dai lettori CD-Rom più datati. Ha una buona capacità di memorizzazione, anche se è molto lento rispetto al disco magnetico. Sono adatti per memorizzare grosse quantità di dati, laddove non ci sia la necessità di una elevata performance in termini di velocità. PAG. 3.40

20 CD: I DIVERSI FORMATI CD: I DIVERSI FORMATI CD-DA CD-TEXT CD-ROM CD AUDIO ELEVATA QUALITÀ AUDIO DURATA MAX: 74 MINUTI 1 MINUTO DI AUDIO OCCUPA 10 MB CD AUDIO + INFORMAZIONI INFORMAZIONI ADDIZIONALI SULLE TRACCE AUDIO (AUTORE, NOME CANZONE) SUPPORTATO DA POCHI LETTORI CD DATI 650 MB CORREZIONE D ERRORE In funzione dei vari formati standard utilizzati per registrare i dati sul CD10 si possono individuare i seguenti standard. CD-DA (Compact Disc Digital Audio) Sono i noti CD audio che hanno, in brevissimo tempo, soppiantato le audiocassette ed il vinile. Nelle tracce di un CD-DA è possibile registrare fino a 74 minuti di audio stereo, di elevata qualità. Ogni minuto di audio occupa circa 10 MB I CD-DA sono letti dai normali lettori CD presenti sugli impianti hifi e sugli autoradio. Ugualmente i lettori CD installati sui personal computer possono leggere i CD-DA, anche se per il loro ascolto è necessaria una scheda audio. Le specifiche di questo formato si trovano nel Red Book CD-TEXT Sono particolari CD-DA che contengono informazioni addizionali sulle tracce audio (nome canzone, autore) Pochi masterizzatori e lettori supportano tale formato: in tal caso viene trattato come un normale CD-DA CD-ROM Sono i classici D utilizzati per la memorizzazione dei dati; ogni D contiene di norma 650 MB (ma oggi esistono CD con capacità maggiore). Rispetto ai CD-DA da cui derivano, i CD-ROM hanno introdotto il meccanismo della correzione degli errori, una tecnica che, utilizzando bit aggiuntivi, permette di avere una corretta lettura dei dati anche in presenza di piccoli difetti sulla superficie del disco. Grazie alla notevole capacità e alla standardizzazione ormai consolidata, è diventato il supporto ideale per la distribuzione di prodotti software, specialmente di tipo multimediale. Le specifiche di questo formato si trovano nel Yellow Book 10 Tali standard sono stati definiti all interno di alcuni famosi testi, denominati libri arcobaleno PAG. 3.42