Paragrafo 1 Archivi. Cognome Titolo Professionale Nome Indirizzo Numero di telefono. nell es. di archivio dell elenco telefonico.

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1 Paragrafo 1 Archivi La necessità di conservare dati e informazioni in modo permanente perché potranno essere utili in momenti successivi alla fase di registrazione o di deposito riguarda un gran numero di persone: questo vale per i dati di tipo personale (quando conserviamo nel nostro cassetto di casa certificati vari, ricevute di bollette pagate, ecc o quando aggiungiamo un nuovo contatto nella rubrica telefonica del cellulare e del telefono di casa), per i dati di tipo scolastico (quando le segreterie conservano i dati degli alunni in appositi schedari riposti all interno di cartelle conservate in armadi e ordinate per cognome o per classe), per i dati che riguardano un impresa (i dati dei clienti, dei fornitori, dei prodotti commercializzati), ecc. Quando si conservano dati perché potranno essere utili in momenti successivi si usa anche il termine archiviare, ma quindi che cosa è un archivio? Definizione di archivio Un archivio, in generale, è un insieme organizzato di informazioni caratterizzate dai seguenti aspetti fondamentali: - tra esse esiste un nesso logico, cioè sono in qualche modo inerenti ad un medesimo argomento. - sono rappresentate in un formato che ne rende possibile l interpretazione - sono organizzate in modo da permettere una facile consultazione - sono registrate su un supporto in cui è possibile scrivere e rileggere informazioni anche a distanza di tempo. Esempio di archivio Un esempio comune di archivio è l elenco telefonico di casa, infatti esso è un insieme organizzato di informazioni come: generalità, indirizzo e numero di telefono caratterizzato dai seguenti aspetti fondamentali: - le informazioni riguardano gli abbonati di una stessa provincia (nesso logico) 1. - le informazioni sono disposte all interno di ogni colonna per righe secondo lo stesso formato: generalità, indirizzo e numero di telefono, per tutti gli abbonati ( formato dei dati). - le informazioni sono organizzate seguendo l ordine alfabetico dei comuni appartenenti alla provincia e all interno dello stesso comune seguendo l ordine alfabetico dei cognomi degli abbonati 2 (organizzazione dei dati). - le informazioni sono registrate su un supporto cartaceo (supporto) perché sulla carta è possibile scrivere e rileggere le informazioni anche a distanza di tempo. Organizzazione logica 3 degli archivi In un archivio le informazioni sono raggruppate secondo un unità logica 4 detta record 5 ; le singole informazioni che compongono il record si chiamano campi; il numero dei campi e il loro nome, viene detto tracciato del record, come ad es. il seguente: Cognome Titolo Professionale Nome Indirizzo Numero di telefono nell es. di archivio dell elenco telefonico. 1 E ad es. esso è l elenco telefonico di Varese in tale elenco non ci sono informazioni riguardanti gli abbonati di Napoli. Attenzione che in esso ci possono essere informazioni riguardanti anche abbonati della provincia di Milano come accade per Saronno ma questo accade solo perché gli abbonati telefonici sono in realtà raggruppati per distretto e non per provincia come su si è detto per semplicità di comprensione. 2 Fa eccezione a questo tipo di organizzazione solo la provincia a cui si riferisce l elenco che è per questo inserito sempre per primo all inizio dell elenco. 3 Si parla di organizzazione logica degli archivi per distinguerla dalla organizzazione fisica degli archivi che riguarda come un archivio è fisicamente registrato, memorizzato su un supporto informatico. 4 Essa descrive la logica usata dal programmatore nel raggruppare le informazioni 5 Record deriva dall inglese to record che significa registrare (ricorda il tasto rec usato per registrare nei driver a nastri) 1

2 Creazione di un archivio La creazione di un archivio richiede la definizione preliminare delle seguenti specifiche (requisiti): - nome dell archivio che lo identifichi e serva a ricordarne il contenuto. Ad es. il nome rubrica per le informazioni riguardanti gli abbonati ma non per le informazioni riguardanti gli studenti. - tracciato del record 6 - il modo in cui le informazioni dell archivio sono collegate tra loro 7 - il supporto da usare: cartaceo o informatico 8 Le operazioni logiche possibili su un archivio La gestione di un archivio di dati, di qualunque esso sia, viene realizzata attraverso le seguenti operazioni che possono essere classificate in due categorie: - operazioni di interrogazione o di ricerca dei dati - operazioni di manipolazione o di trattamento dei dati 9 Operazioni di interrogazione o di ricerca Un operazione di interrogazione o di ricerca dei dati consiste nel reperimento, all interno dell archivio, delle informazioni necessarie per l elaborazione desiderata. Ad es. nell archivio elenco telefonico un operazione di interrogazione può essere la ricerca dell abbonato corrispondente al numero telefonico univoco ad esso associato. Operazioni di manipolazione o di trattamento Tali operazioni si possono ulteriormente suddividere in quattro sottocategorie: - operazioni di inserimento - operazioni di modifica o di aggiornamento - operazioni di cancellazione - operazioni di ordinamento o di sort Vediamole un pò più nel dettaglio. Un operazione di inserimento consiste nell inserimento di un nuovo record nell archivio dopo che è stato creato: un es. di tale operazione nell archivio elenco telefonico consiste nell inserimento dei dati di un nuovo abbonato. In pratica 10, come vedremo, essa consiste nell inserimento (o scrittura) di un nuovo record nell archivio contenente i dati del nuovo abbonato. Un operazione di modifica o di aggiornamento consiste nella modifica o aggiornamento di uno o più dati di un record presente nell archivio non più corrispondenti ai dati reali: un es. di tale operazione nell archivio elenco telefonico è necessaria quando un abbonato trasferisce la propria residenza, rimanendo nella medesima città. In pratica, come vedremo, essa consiste nella modifica o aggiornamento solo del campo residenza del record associato all abbonato. 6 Più precisamente se l archivio è composto non da una sola tabella ma da più tabelle avendo le tabelle tracciati diversi, in tal caso occorre specificare il tracciato di un record per ogni tabella dell archivio. 7 In un dbms esse sono le cosiddette relazioni tra più tabelle che costituiscono l archivio 8 Es. di supporti informatici sono tutte le memorie di massa disponibili. 9 Alle operazioni suddette si potrebbero aggiungere anche le operazioni di apertura e di chiusura se si pensa di collegare tali operazioni con le operazioni classiche che si eseguono sui file di record studiati nel corso di programmazione. In tal caso, l operazione di apertura è l operazione preliminare da effettuare su un archivio prima che su di esso si possano eseguire le operazioni di interrogazione o di manipolazione. Tale operazione è messa in evidenza quando ad es. accendiamo il cellulare e subito andiamo a ricercare un contatto in rubrica con il messaggio a video: attendere prego o apertura della rubrica in corso. Invece, l operazione di chiusura è l operazione conclusiva da effettuare su un archivio dopo che su di esso si sono eseguite le operazioni di interrogazione o di manipolazione richieste. 10 In pratica si riferisce all uso del Dbms Access o MySql 2

3 Un operazione di cancellazione consiste nella cancellazione di un record dell archivio dati che non si vuole più conservare: un es. di tale operazione nell archivio elenco telefonico è necessaria quando un abbonato si trasferisce in un altra città e quindi deve essere cancellato dall archivio. In pratica, come vedremo, essa consiste nella cancellazione del record dell abbonato che cambia provincia. Un operazione di ordinamento o di sort consiste nell ordinamento crescente o decrescente dei record presenti nell archivio secondo alcuni dati. Ad es. nell archivio elenco telefonico, tale operazione potrebbe essere l ordinamento crescente per cognome dei record relativi ad ogni abbonato, dopo una operazione di aggiornamento o modifica, di inserimento o di cancellazione. 11 In pratica, come vedremo, essa consiste nell imporre un ordinamento crescente per il campo cognome del record dell abbonato. Riassumendo, per gestire un qualsiasi archivio di dati occorre applicare su di esso una delle due operazione suddette: di interrogazione o di ricerca e di manipolazione o di trattamento ovvero una delle cinque seguenti: di consultazione o interrogazione, di inserimento, di modifica o di aggiornamento, di cancellazione e di ordinamento o di sort Paragrafo 2 Memorie di massa Per ragioni di velocità nella ricerca dei dati richiesti e per ragione di spazio per la conservazione dei dati si è passati negli anni da archivi registrati su supporti cartacei contenuti in armadi (schedari) adatti al reperimento manuale dell uomo, ad archivi (detti file) 12 registrati su supporti informatici ideati per essere trattati in modo automatico dai computer. Memorie ausiliarie o di massa o secondarie Esse sono supporti per la registrazione dei dati aventi le seguenti caratteristiche comuni: - non volatili: registrano i dati in modo permanente, i dati memorizzati non si perdono allo spegnimento del calcolatore (perché sono memorizzati in forma magnetica o ottica anziché elettronica). - grande capacità: capacità maggiore (anche di diversi ordini di grandezza) rispetto alla memoria centrale. - bassi costi: il costo per byte di una memoria secondaria è minore (di diversi ordini di grandezza) rispetto alla memoria centrale. - alto tempo di accesso: tempi di accesso maggiori rispetto a quelli della memoria principale Esempi di supporti informatici sono: il disco fisso, memorie flash (pen-drive, memory card o sd e hard disk a stato solido, cioè SSD 13 ) i dischi ottici (CD, DVD, Blu ray, HD DVD), i nastri magnetici, ecc, ma vediamole un po più nel dettaglio: Che cosa è l Hard Disk? Esso è una memoria che memorizza tutto il sistema operativo e i programmi installati oltre che tutti i file e le cartelle dell utente in modo permanente. La sua capacità si misura, come tutte le memorie, in Byte. Per misurare la sua capacità si usa, attualmente, un multiplo del Byte ovvero il GigaByte / TeraByte. 11 Infatti gli abbonati all interno di uno stesso comune nell archivio elenco telefonico sono ordinati in modo crescente per cognome. 12 E bene sottolineare che, però, non tutti i file come ad es. una foto, una lettera, ecc sono archivi in quanto i dati in essi contenuti non sono raggruppati secondo una struttura ben precisa. 13 SSD = Solid State Drive, cioè Disco a stato solido. E usato come alternativa all hard disk ma ha un prezzo maggiore. 3

4 Altre caratteristiche dell HDD sono: - ha un tempo di accesso dell ordine delle decine di millisecondi (~ 10ms) - può essere fisso o removibile - è ad accesso diretto (il dato è raggiunto in modo univoco) - può essere magnetico o di tipo flash (SSD nei notebook di fascia business) Come è fatto internamente l Hard Disk magnetico? Esso internamente contiene: 1) una pila di dischetti sovrapposti (uno sopra l altro) e coassiali (stesso asse) 2) tutti i dischi ruotano per mezzo di un braccio meccanico ad una velocità misurata in RPM 14 3) sul braccio meccanico ci sono, per ogni disco, due testine di lettura e / o scrittura dei dati. 4) il braccio meccanico si sposta verso la pila di dischi in direzione radiale (cioè nella direzione del raggio del disco, pensate allo spostamento di un braccio meccanico di un vecchio giradischi) Asse Direzione radiale del braccio Disco rigido in sezione Braccio meccanico Formattazione fisica del disco rigido Nella formattazione fisica ogni faccia di un dischetto dell hard disk è: - suddivisa in traiettorie circolari concentriche, dette tracce - ogni traccia è suddivisa in porzioni di traccia, detti settori - tra una traccia e l altra c è un piccolo spazio di separazione (gap) - le linee concentriche sono numerate a partire da 0 e dall esterno verso l interno Come mostra la figura seguente: - l'insieme delle tracce dello stesso raggio sulle diverse facce costituiscono il cilindro (logico) i cilindri sono numerati a partire da 0 e dall esterno verso l interno - tutte le tracce numero 0 di ogni disco dell Hard Disk costituiscono quello che si chiama il cilindro numero 0; tutte le tracce numero 1 di ogni disco dell Hard Disk costituiscono quello che si chiama il cilindro numero 1; ecc. 14 RPM = Rotazioni per Minuto è una velocità costante. Attualmente i valori standard di rotazione sono 4.200, 5.400,5.600 (F*T*G*), 7.200, e giri al minuto. 15 L hard disk può essere visto logicamente come fatto da tanti cilindri l uno dentro l altro. 4

5 Osservazione: Perché quando formattiamo l hard disk perdiamo tutti i dati? Risposta: perché formattando cancelliamo tutte le vecchie tracce e i vecchi settori e quindi cancelliamo anche i dati in esse contenute. Accesso diretto ad un settore dell hard disk Per accedere direttamente ad un blocco di dati (o settore) si deve conoscere la sua esatta posizione nell hard disk. Tale posizione è data 3 coordinate: - numero del cilindro, 16 - il numero del settore di inizio - il numero del settore di fine 17 Tempo medio di accesso in un hard disk E il tempo medio risultante necessario alla testina per posizionarsi e leggere i dati contenuti in un settore qualsiasi dell hard disk ed è dell ordine dei 10ms (10 millisecondi). Esso è ottenuto dalla somma dei tre tempi seguenti: - tempo di spostamento ( o di seek) del pettine (o testina) sul cilindro - tempo di attesa perché il disk pack ruoti ed il settore passi sotto la testina. - tempo di trasferimento dei dati letti nel settore richiesto. Il tempo, comunque, che incide maggiormente sul tempo di accesso medio risultante è il tempo di spostamento del pettine. (Ad es. hard disk vecchi hanno un tempo di spostamento più alto). Prestazioni del disco rigido Sulle prestazioni del disco rigido incidono vari elementi, quali: - la velocità di rotazione costante (RPM). - il tempo medio d accesso alle informazioni. - il tipo di interfaccia o cavo usato (SATA o SCSI). Interfaccia SATA 18 o SCSI dell hard disk Interfaccia SCSI Interfaccia SATA Come si formatta l hard disk? E un operazione alquanto delicata e pericolosa per gli utenti poco esperti perché cancella definitivamente tutti i dati presenti sull hard disk. Al contrario permette di riavere un hard disk come nuovo. Per eseguire la formattazione ci sono varie strade, ma le più diffuse sono: - da DOS: usare il comando, format (Start Esegui Command Cd.. Cd.. format C: ) 16 Si noti che il numero del cilindro coincide con il numero della traccia. E per tal motivo che sugli hard disk è indicato solo il numero dei cilindri e non anche il numero delle tracce per ciascun piatto. 17 Facendo la differenza tra il numero del settore di fine e quello del settore di inizio si calcolano i tutti i settori occupati dalle informazioni (o file) desiderate. Tra due settori consecutivi si trova un piccolo spazio (intersector gap). 18 Il SATA, cioè il Serial ATA è l'evoluzione dell'ata. Il controller SATA di terza generazione (detto SATA/600 o SATA III), debuttata è in grado di trasferire 4,8 Gigabit/s (600 megabyte/s). 5

6 oppure usare l utility di formattazione presente nel cd di installazione di windows XP / Seven - da Windows: selezionare il disco C tasto destro mouse formatta Il disco a stato solido SSD (Solid State Drive) Fronte SSD Interno SSD 120 GB - costo 104 aggiornato a gennaio 2014 E una tipologia di dispositivo di memoria di massa dei computer di fascia alta (poiché costano attualmente circa 8 volte in più degli hard disk) che utilizza memoria a stato solido, cioè una memoria non contenente nessun tipo di disco, né di tipo magnetico né di altro tipo. La sua capacità attuale è di 1024 GB Vantaggi La totale assenza di parti meccaniche in movimento porta i seguenti vantaggi: 1) assenza della rumorosità; 2) minore possibilità di rottura e minore consumo e minore produzione di calore; 3) tempo di accesso ai dati ridotto di circa 50 volte maggiore rispetto agli hard disk; 4) maggiore resistenza agli urti e durata. Svantaggi Elevato costo e minore capacità Nastri magnetici 6

7 Definizione Il nastro magnetico è una striscia di materiale magnetizzabile arrotolata su un supporto circolare (detta bobina) Essi sono ancora oggi ampiamente utilizzati per eseguire le copie di backup dei dati presenti nei dischi fissi dei computer o dei server. La capacità dei nastri arriva a 5TB e una velocità di trasferimento dati pari a 250MB/s Registrazione dei dati Sul nastro magnetico i dati sono registrati in zone contigue e sequenziali, cioè disposte l una dopo l altra. Tali zone si chiamano record e tra due record adiacenti ci sono altre zone non registrabili dette GAP. Vantaggi del nastro rispetto all Hard Disk: - hanno un basso costo per GB - hanno una elevata longevità rispetto ai più sofisticati hard disk o SSD 19 - grande capacità di memorizzazione dati. Paragrafo 3 Organizzazione dei dati negli archivi Organizzazione Organizzazione fisica Organizzazione logica Su nastro magnetico Su disco Accesso sequenziale Accesso diretto Essa si suddivide in organizzazione fisica dei dati (che spiega il modo in cui i dati sono memorizzati su un supporto di memoria) e organizzazione logica dei dati (che spiega il modo in cui l archivio è gestito logicamente da un programmatore), come mostra la figura suddetta. Per garantire il ritrovamento dei dati in tempi brevi e in modo sicuro e l ottimizzazione dell uso dello spazio disponibile sul supporto in relazione alle capacità del supporto informatico, è necessario organizzare logicamente i dati in un archivio nel modo migliore. Per questo motivo noi studieremo più nel dettaglio l organizzazione logica degli archivi L organizzazione logica degli archivi Le possibili organizzazioni logiche degli archivi ovvero le possibili organizzazioni degli archivi secondo la logica del programmatore sono: organizzazione ad accesso sequenziale e organizzazione ad accesso diretto (o non sequenziale). Organizzazione logica ad accesso sequenziale Essa consiste nel disporre i record dell archivio in modo sequenziale, cioè uno di seguito all altro. 19 Gli hard disk classici e i dischi ottici si possono rompere più facilmente rispettivamente ad es. con una caduta improvvisa o un graffio 7

8 L inserimento di un nuovo record nell archivio può avvenire solo in coda all ultimo record, ma non direttamente ovvero scorrendo tutti i record dal primo sino all ultimo (vedi figura) Per effettuare la cancellazione di un record occorre prima cercarlo e trovarlo. La ricerca di un ben determinato record avviene scorrendo tutti i record che precedono quello ricercato, quindi il tempo di accesso ad un record dipende dalla sua posizione nell archivio. L organizzazione logica ad eccesso sequenziale è realizzabile solo su una memoria di massa ad accesso sequenziale (es. nastro magnetico) (Vantaggi). Questo tipo di organizzazione: - è la più semplice da gestire al livello software - consente l uso di record anche di lunghezza diversa uno dall altro 20 - essa risulta essere una organizzazione logica efficace solo per archivi di piccole dimensioni 21. (Svantaggi). Questo tipo di organizzazione: - presenta dei limiti in termini di velocità di ritrovamento dei record quando il numero di record registrati sul supporto è elevato In media per trovare un record in un archivio ordinato occorrono N/2 confronti se N è il numero di record dell archivio Esempio: se N=1024 record, in media occorrono 512 confronti, quindi mediamente la posizione del record da ricercare nell archivio si trova dopo aver selezionati metà record dell archivio. Organizzazione logica ad accesso diretto (non sequenziale) Essa consiste nell accesso diretto ad un record dell archivio tramite il valore di un campo chiave. Il campo chiave è un campo del record che individua univocamente il record ad esso associato, nel senso che in un archivio non possono esserci due record che sono individuati dalla medesima chiave. 23 Esempi di campi chiave: matricola di uno studente, codice di un articolo, numero d ordine di un prodotto acquistato, ecc. L organizzazione logica ad accesso diretto è realizzabile solo su una memoria di massa ad accesso diretto (es. disco fisso) (Vantaggi) Questo tipo di organizzazione: - è alta la velocità di ritrovamento del record anche in archivi di grandi dimensioni (quindi risolve lo svantaggio dell organizzazione ad accesso sequenziale) 20 Nota al prof: per far capire ciò fare l es. del nastro audio che può contenere tracce audio di diversa lunghezza. 21 Nota al prof: se l archivio è piccolo è più veloce sia l inserimento, la cancellazione e la ricerca di record 22 Nota al prof: per far capire ciò fare l es. di un ipotetico nastro audio che su ogni lato ha 100 canzoni al posto di 10. In tal caso per cercare un brano si deve confrontare il brano da ricercare con tutti e 100 i brani inseriti su un lato del nastro. 23 Nel caso ad es. dell archivio denominato prove sostenute da uno studente nel corso dell anno scolastico non basta un solo campo per individuare univocamente un record, ma sono necessari tutti e tre i campi: codice studente, data e codice materia. In tal caso la chiave non è fatta da un solo campo ma da più campi ovvero è una chiave composita. 8

9 - se N = al numero dei record, per trovare un record in un archivio ordinato 24 occorrono in media LOG (N) + 1 confronti, contro gli N / 2 confronti della organizzazione ad accesso sequenziale. Esempio: se N=1024 record occorrono in media log 2 (1024) +1 = 11 confronti, contro i 512 confronti dell organizzazione ad accesso sequenziale. (Svantaggi) Questo tipo di organizzazione: - richiede un maggior consumo di memoria 25 - una maggiore complessità dei programmi che operano sui dati. Spesso il termine archivio è associato al termine file per capirne meglio le funzioni e le operazioni che si possono fare su di esso, ma essi sono sinonimi, come dimostrano le seguenti definizioni: Definizione di archivio L archivio è una struttura astratta costituita da un insieme di record omogenei (aventi lo stesso tracciato 26 ) ciascuno individuato da un indirizzo logico, cioè un indirizzo che non è quello reale, ma quello visto dal programmatore. Definizione di file Il file è una struttura fisica di memoria in cui è possibile memorizzare i dati sottoforma di record ciascuno individuato da un indirizzo fisico di memoria e ciascuno gestito dal file system. Definizione di file system Il file system è una parte del sistema operativo (detto anche modulo di gestione della memoria di massa) che provvede alla gestione delle informazioni memorizzati sul hard disk in dei contenitori chiamati file o documenti. L insieme dei file e delle cartelle, sono organizzati nei computer, secondo una struttura ad albero rovesciato (cioè con la radice in alto) 24 Quando si parla di ordinato si parla di ordinamento crescente o decrescente. 25 Infatti, ad es. nella organizzazione ad indice si usa oltre che all archivio anche una tabella delle chiavi che chiaramente aumenta l occupazione di memoria. 26 Il tracciato di un record indica quali sono i campi e il loro nome (vedi pag. 1) 9