Esempio di Motherboard (Scheda Madre)

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1 1:ISA slot 2:PCI slot 3:AGP slot 4:ATX power connector 5:Chipset 6:CPU socket 7:RAM slot 8:IDE connector 9:Floppy disk connector 10:Batteria 11:BIOS chip Esempio di Motherboard (Scheda Madre)

2 La memoria secondaria (memoria di massa) La memoria principale non può essere molto grande per il suo costo elevato. Inoltre non consente la memorizzazione permanente dei dati Per questi motivi nell architettura di un calcolatore è presente un altro tipo di memoria: Memoria periferica o secondaria, è molto più lenta più economica con capacità di memorizzazione maggiore in grado di memorizzare i dati in forma permanente La memoria secondaria viene utilizzata per mantenere tutti i programmi e tutti i dati che possono essere utilizzati dal computer

3 Il processore non può utilizzare direttamente la memoria di massa per l'elaborazione dei dati Il programma in esecuzione deve essere in memoria centrale e quindi le informazioni devono essere trasferite dalla memoria periferica a quella centrale ogni volta che servono Quando si vuole eseguire un programma, questo deve essere copiato dalla memoria periferica a quella centrale (caricamento)

4 Esempio: programma di elaborazione testi lanciare (aprire) il programma vuol dire copiarlo dalla memoria secondaria alla memoria principale aprire un documento vuol dire copiarlo dalla memoria secondaria alla memoria principale salvare un documento vuol dire copiarlo dalla memoria principale alla memoria secondaria

5 Caratteristiche generali della memoria periferica: I supporti di memoria di massa sono molto più lenti rispetto alla memoria centrale, ciò è dovuto all uso di dispositivi meccanici Le memorie di massa hanno capacità di memorizzazione (dimensioni) molto maggiori di quelle delle tipiche memorie principali I dispositivi di memoria secondaria sono dotati di un loro controller e comunicano con la memoria principale e il processore mediante il bus

6 Accesso ai dati in memoria secondaria Nel caso della memoria centrale si ha sempre l'accesso diretto ai dati, nel caso della memoria periferica solo alcuni supporti consentono l'accesso diretto mentre altri supporti permettono solo l'accesso sequenziale La memoria centrale consente di indirizzare il singolo byte di informazione, nelle memorie di massa le informazioni sono organizzate in blocchi di dimensioni più grandi (in genere di dimensione compresa tra 512Byte e 4KB)

7 Il motivo è: per minimizzare le operazioni di lettura e scrittura, visto che sono operazioni molto piu lente che nel caso della memoria principale per minimizzare lo spazio di indirizzamento; con molti blocchi di dimensione ridotta si dovrebbero utilizzare troppi indirizzi e quindi indirizzi troppo lunghi Il blocco è l unità minima indirizzabile

8 I supporti fisici della memoria periferica: La memoria periferica deve avere capacità di memorizzazione permanente Per la sua realizzazione si utilizzano principalmente tecnologie: magnetiche (dischi e nastri magnetici) basate sul laser (dischi ottici, cioe CD e DVD) Si utilizzano anche marginalmente tecnologie elettroniche (memorie flash, sticks, cards)

9 I dischi magnetici Tecnologia basata sulla magnetizzazione: la magnetizzazione è permanente fino a quando non viene modificata per effetto di un agente esterno I due diversi stati di polarizzazione di particelle di una sostanza magnetizzabile corrispondono alle due unità fondamentali di informazione (bit) I dischi magnetici sono i dispositivi di memoria periferica più diffusi

10 Sono costituiti da uno o più supporti di plastica, vinile o metallo, su cui è depositato del materiale magnetizzabile Nel corso delle operazioni i dischi vengono mantenuti in rotazione a velocità costante e le informazioni vengono lette e scritte da testine (simili a quelle utilizzate nelle cassette audio/video, ma molto piu piccole) Entrambi i lati di un disco possono essere sfruttati per memorizzare le informazioni

11 i dischi magnetici I dischi sono suddivisi in tracce concentriche e settori, ogni settore è una fetta di disco. I settori suddividono ogni traccia in porzioni di circonferenza dette blocchi (o record fisici) Traccia Testina Blocco Settore

12 La suddivisione della superficie di un disco in tracce e settori viene detta formattazione Il blocco è la minima unità indirizzabile in un disco magnetico e il suo indirizzo è dato da una coppia di numeri (t, s) che rappresentano il numero della traccia (t) e il numero del settore (s) I dischi magnetici consentono l'accesso diretto in quanto è possibile posizionare direttamente la testina su un qualunque blocco senza dover leggere quelli precedenti

13 Per effettuare un'operazione di lettura (scrittura) su un blocco è necessario che la testina raggiunga l'indirizzo desiderato Il tempo di accesso alle informazioni sul disco è dato dalla somma di tre tempi dovuti a: spostamento della testina in senso radiale fino a raggiungere la traccia desiderata (seek time ~5msec); attesa che il settore desiderato passi sotto la testina; tale tempo dipende dalla velocità di rotazione del disco (latency time); tempo di lettura/scrittura vero e proprio dell'informazione Il tempo di accesso ad un disco è dell ordine dei millisecondi (10-3 )

14 Dischi fissi (hard disk) Gli hard disk (dischi rigidi) sono i dischi magnetici che vengono utilizzati come memoria di massa principale all'interno del computer Sono generalmente racchiusi in contenitori sigillati in modo da evitare qualunque contatto con la polvere (la testina è a distanza minima dal disco e il disco può girare fino a giri al minuto) I dischi rigidi hanno capacità di memorizzazione elevata, oggi sono comuni hard disk con una capienza di diverse decine di GByte

15 Sovente gli hard-disk sono formati da una pila di dischi magnetici a due lati.

16 Cilindri Negli Hard Disk con più dischi l insieme delle tracce coallineate si chiama cilindro I cilindri sono indirizzati con un altro parametro Il braccio con le testine è in grado di accedere rapidamente a tutte le tracce presenti nello stesso cilindro Un blocco sarà quindi indirizzato con una terna di numeri (c,t,s)

17 Il controller Un disco rigido e costituito da una parte meccanica (dischi, motore e testine) Una parte elettronica (il controller) che governa quella meccanica e si occupa dello scambio dei dati con il processore. Il controller può essere montato su una scheda inserita in un interfaccia della motherboard I tipi di controller piu comuni sono IDE/EIDE, ATA2, ATAPI e SCSI

18 I floppy disk I floppy disk (dischetti flessibili) sono supporti rimovibili Ogni computer è dotato in genere di una unità di lettura-scrittura detta drive, all'interno della quale si inseriscono i dischetti I floppy disk sono fatti di materiale plastico e ricoperti da un piccolo strato di sostanza magnetizzabile I tempi di accesso sono molto più alti di quelli dei dischi rigidi (c.a. 500 giri al minuto)

19 Oggi sono comuni floppy disk da 3.5" hanno una capacità di memorizzazione dai 500 KByte ai due Mbyte, a seconda della densità (standard è 1,44MB, 80 tracce e 18 settori) A differenza degli hard disk i floppy disk sono mantenuti fermi fino a quando non si deve accedere ad essi

20 La memoria periferica:i dischi ottici (CD) Le tecnologie dei dischi ottici sono completamente differenti e sono basate sull'uso di raggi laser Il raggio laser è un particolare tipo di raggio luminoso estremamente focalizzato che può essere emesso in fasci di dimensioni molto ridotte Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da superfici diverse, e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini per immagazzinare informazione

21 Ogni unità di superficie può essere forata o non forata e questo corrisponde ai due diversi tipi di informazione elementare (bit) L'informazione contenuta su un'unità di superficie può essere letta guardando la riflessione del raggio laser proiettato sulla superficie stessa Aggregazioni di informazioni possono essere ottenute dividendo una superficie di grandi dimensioni in molte unità elementari, ognuna delle quali rappresenta un singolo bit

22 FONTE LUMINOSA

23 Struttura di un CD

24 La lettura è un operazione facile e avviene mediante un raggio laser La scrittura è un'operazione complicata, che richiede una modifica fisica del disco Ci sono vari tipi di CD: I CD ROM ovvero Compact Disk Read Only Memory: consentono solamente operazioni di lettura I CD R: possono essere anche scritti, ma una sola volta perché le modifiche fisiche che avvengono durante la fase di scrittura sono irreversibili. Si usa un masterizzatore. I CD RW possono essere riscritti I DVD: piu capienti dei CD

25 Uso e caratteristiche dei CD-DVD I dischi ottici vengono usati solitamente per la distribuzione di programmi e dati archiviazione di informazioni che non devono essere modificate I dischi ottici hanno una capacità di memorizzazione inferiore ai dischi magnetici e sono più lenti dei dischi magnetici (velocita circa 500 giri al minuto) Le dimensioni tipiche per i dischi ottici utilizzati oggi vanno dai 500 MByte in su, fino a uno o più GByte (DVD) I dischi ottici hanno costo molto basso, sono molto affidabili e difficili da rovinare

26 Modalità di accesso ad un CD Nei CD di uso comune le informazioni sono memorizzate lungo un unica traccia a spirale che parte dal centro del disco e viene segmentata in blocchi separati da spazi vuoti (gap) quindi consentono solo un accesso sequenziale E` facile pero realizzare delle tabelle di accesso con chiave: ad ogni chiave è associato l indirizzo del blocco in cui si trova la chiave (perche l informazione non cambia) Ad esempio, nei CD musicali è possibile accedere direttamente al brano a cui siamo interessati (senza leggere il contenuto dei blocchi precedenti)

27 Velocita di lettura La velocita di lettura dei dati per un lettore di CD si misura in N X (es 48 X) dove: X e l unita di misura e indica la velocita per riprodurre un secondo di suono in un CD musicale In un masterizzatore si usa la tripla S*R*L dove S = velocita di scrittura R = velocita di scrittura su CD RW L = velocita di lettura Esempio (24*12*48)

28 I DVD DVD (Digital Versatile Disk) o (Digital Video Disk) Capacità attuale fino a 9 GB Velocita di trasferimento molto superiore ai CD DVD-R scrivibili solo una volta DVD-RAM leggibili e riscrivibili

29 Memorie Flash Memorie flash: sono memorie elettroniche molto veloci permanenti riscrivibili costose dimensioni da 32MB a 1GB Utilizzate anche per applicazioni quali agende elettroniche, fotocamere digitali e anche supporti di memoria per dati estraibili (memory card/stick/pen)

30 Nastri magnetici Simili ai nastri per le video/audiocassette Consentono solo accesso sequenziale estremamente economici molto lenti usati per back-up periodico o archiviazione essendo tenuti off-line hanno una capacità di memorizzazione molto grande

31 Prestazioni memoria Tipo Dimensioni T. accesso MB/sec Registro < 1KB < 0,5ns < Cache < 2MB < 10ns < RAM < 4GB < 100ns < 5000 HD < 200GB < 10ms < 20 CD (DVD) < 10GB <100ms < 2 Nastri off-line ~ 100ms < 1