Informatica Le memorie Athos Ghiggi SMC
Le memorie Ogni memoria è costituita da celle (locazioni di memoria), a cui si accede tramite un indirizzo Le memorie possono essere suddivise tra: Memorie volatili: mantengono i dati finché sono alimentate. Memorie di massa: contengono dati e programmi che non sono oggetto di elaborazione immediata.
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Memoria RAM Random Access Memory (memoria ad accesso casuale) E il principale tipo di memoria interna. Accesso casuale non significa che i dati sono sparpagliati a caso all interno della memoria senza alcun criterio; bensì che al processore occorre sempre lo stesso tempo per accedere a una qualsiasi (casuale) parte della memoria. La grandezza della RAM viene misurata in Gigabyte; maggiore è la quantità di RAM, più spazio sarà disponibile per i dati sui quali può operare la CPU per l'elaborazione. DIMM SO-DIMM
Memoria ROM Read Only Memory (memoria di sola lettura) E un tipo di memoria per inserire informazioni che non vengono mai cambiate per tutta la vita della macchina. Viene scritta una sola volta quando si trova in fabbrica. Nella ROM troviamo quel tipo di software che non deve mai essere cambiato il BIOS del PC schede di controllo per le periferiche le cartucce che vengono usati per le console di gioco Il fatto d inserire i programmi in una memoria a sola lettura offre tre vantaggi: 1. non appena il computer parte i dati sono immediatamente disponibili al microprocessore senza bisogno di prelevarli da fonti esterne 2. il loro contenuto è permanente e perciò non va perduto nemmeno quando si toglie l alimentazione 3. non è possibile cancellare tale contenuto accidentalmente.
La memoria CACHE Memoria ad alta velocità presente all interno dei processori. Memorie di dimensioni ridotte. 100% 12 cyc 120 cyc 3 cyc L1 (64 kb) 4% L2 (1.5 MB) 20% of 4% = 0.8% L3 (32 MB) 350 cyc 40% of 20% of 4% = 0.32% Memoria RAM (n GB)
La piramide della memoria
Riassunto memorie Volatili 1. ROM, Come un libro e immutabile 2. RAM, Come la lavagna che a fine lezione si cancella 3. CACHE, Come un post-it dove si marcano le note veloci
Perché usare memorie di massa? Quando si scrive un documento con un computer il programma di videoscrittura risiede in memoria RAM, così come il documento che stiamo editando. Poiché la RAM è volatile, se vogliamo poter recuperare il documento in un secondo momento, è necessario memorizzarlo su Memoria di Massa sotto forma di FILE. Si definisce: SALVATAGGIO di un file l operazione di memorizzazione da RAM a memoria di massa APERTURA (o caricamento) di un file l operazione opposta di recupero da memoria di massa a memoria RAM SALVATAGGIO APERTURA
Le memorie di massa Memorie non volatili, utilizzate per memorizzare grandi volumi di dati in modo permanente Possiamo dividere le memorie di massa in base alla loro tecnologia di memorizzazione: Memorie magnetiche (Hard disk classico) Memorie a semiconduttore (SSD) Memorie ottiche (CD, DVD, Blue-Ray, HD-DVD)
Hard Disk L informazione viene registrata magnetizzando la superficie del disco tramite una testina. La superficie del disco è organizzata in cerchi concentrici detti tracce. Ogni traccia è suddivisa in settori Il settore, unità minima di lettura e scrittura, contiene un blocco di dati (512 byte)
Hard Disk - Caratteristiche Formato Capacità Interfacce di collegamento: possiamo dividere gli HD in due categorie: interni ed esterni. Velocità di rotazione Tempi di accesso Buffer
Hard Disk - Formato Il formato di un HD si riferisce alle sue dimensioni fisiche, in particolare al diametro dei piatti sui cui vendono salvati i dati. I formati più diffusi sono: 1.8 per lettori mp3, netbook e altri dispositivi portatili 2.5 per notebook, ultrabook, Tablet e simili 3.5 per i pc fissi
Hard Disk - Capacità La capacità di un HD è espressa in GigaByte (GB) o TeraByte (TB). Attualmente la dimensione massima di un singolo HD da 3.5 è di 4 TB, ma ogni anno le dimensioni aumentano. Gli HD da 2.5 hanno una dimensione massima di 2 TB e vale lo stesso discorso fatto in precedenza.
Hard Disk Interfacce interne Per molto tempo, come interfaccia di collegamento tra HD e scheda madre, veniva usato il sistema IDE evolutosi poi in ATA (detto anche Parallel ATA o PATA). Per ovviare ai limiti dello standard PATA è stato introdotta una nuova interfaccia di collegamento chiamata Serial ATA o SATA. SCSI (Small Computer System Interface) è un interfaccia per il collegamento dei dischi con prestazioni superiori sia allo standard PATA che al SATA.
Hard Disk Interfacce esterne Per quanto riguarda i dischi esterni, possono essere collegati al pc attraverso svariate interfacce tra cui citiamo: USB Firewire LAN E-SATA Wireless
Hard Disk Velocità di rotazione Espressa in giri al minuto (rpm) Troviamo HD a 4200, 5400, 7200, 10000 rpm o anche più veloci. Più la velocità è alta e più bassi saranno i tempi di accesso ai dati. Come svantaggio possiamo considerare un aumento della rumorosità.
Hard Disk Tempi di accesso In base ad alcune caratteristiche viste in precedenza, è possibile determinare il tempo necessario per raggiungere un determinato punto sul disco e accedere ai dati. Attualmente un HD classico a un tempo medio di accesso ai dati di 8-9 ms.
Hard Disk Buffer Il buffer è una piccola memoria cache (in genere 32-64 MB) posta a bordo del disco rigido, che ha il compito di memorizzare gli ultimi dati letti o scritti dal disco. Nel caso in cui un programma legga ripetutamente le stesse informazioni, queste possono essere reperite nel buffer invece che sul disco. Essendo il buffer un componente elettronico e non meccanico, la velocità di trasferimento è molto maggiore
Collegamenti di un HD
I dischetti (floppy disk) Tecnologia impiegata: magnetica Capacità di memorizzazione: 1,44 MB Velocità di accesso ai dati: bassa Supporti removibili, introdotti nel 1971 nel formato a 8. Utilizzati per il trasporto ed il backup dei dati, oggi sono spesso rimpiazzati da unità più capienti e veloci. Anche i dischetti vanno formattati. Il partizionamento non è invece necessario.
Floppy Disk- Formato e capacita Il formato di un FD si riferisce alle sue dimensioni fisiche, in particolare al diametro del disco in esso contenuto. I formati più diffusi sono: 8 (20cm) 800 kb 5,25 1,2 MB 3.5 1,44 MB
Altri supporti removibili Tecnologia impiegata: Capacità di memorizzazione: Velocità di accesso ai dati: magnetica variabile media Sono state sviluppate diverse alternative ai floppy disk.
Zip e JAZ Simile al floppy come formato Lettore di Zip necessario Capacita 100MB 250MB 750MB Stesso formato del floppy(3.5 ) Lettore di JAZ necessario Capacita 2GB
LS-120 e DAT Simile al Zip Lettore legge sia LS-120 che floppy Capacità 120MB Largamente diffusi Digital Audio Tape Audio ad alta fedeltà Utilizzati per backup Molto lento Capacità Da 50GB
Dischi ottici Disco di policarbonato (una particolare resina), rivestito di un materiale riflettente, solitamente l alluminio. Le informazioni digitali (sia dati che audio) sono registrate per mezzo di una serie di microscopici fori fatti sulla superficie riflettente con un raggio laser ad alta potenza
Dischi ottici Usa il raggio laser e sfrutta la riflessione Sul supporto ci sono delle piccole rientranze (pit) tra aree piatte (land) Per leggere le informazioni si usa una luce infrarossa che viene dispersa sui pit riflessa e rilevata sui land pit land Oss. la lettura di un disco ottico è semplice, la scrittura comporta delle modifiche fisiche del supporto ed è quindi più complessa 40
Dischi ottici
Dischi ottici La maggior parte dei supporti ottici ha un organizzazione dei dati a spirale. La velocità di trasferimento dati varia in base al tipo di supporto. Per esempio: CD 150 kb/s (1x) DVD 1350 kb/s (1x) Blu-Ray 36 MB/s (1x) Per i CD il file system comunemente usato è ISO9660. Mentre per i DVD si usa il file system UDF.
Tipi di dischi ottici CD-R (700-800 MB) CD-RW (riscrivibili) DVD±R (dai 4.7 ai 17 GB ) Blue-Ray (25-50 GB) HD-DVD (15-30-45 GB)
Dischi Ottici CD (compact disk) è un dispositivo costituito da un piatto rigido riflettente sul quale viene proiettato un raggio laser; le informazioni sono registrate creando dei pit sulla superificie riflettente sono recuperate sfruttando la riflessione della luce laser mentre il CD gira Questa tecnologia era usata inizialmente per i CD audio 44
Dischi Ottici: i CD 2 CD (compact disk) L informazione viene memorizzata su un unica traccia a spirale con densità di scrittura costante (la superficie è sfruttata al massimo) il disco ruota a velocità lineare costante (quando le testine sono posizionate vicino all esterno del disco la rotazione è più lenta, cresce all avvicinarsi al centro per accedere ai dati, la testina si allinea con la traccia a spirale in un punto precedente il dato cercato, poi la segue fino a incrontrarlo Rispetto ai dischi magnetici: l accesso alle informazioni è più lento rispetto alle tracce concentriche (funzionano meglio per leggere lunghe stringhe di dati) la capacità di memoria è molto maggiore (tra 600 e 700MB) 45
Dischi Ottici: i CD 3 I CD-ROM (Read Only Memory) sono CD di sola lettura e sono pre-registrati sono fatti di alluminio riflettente I CD-R (CD-Recordable) Sono CD registrabili una volta sola Costituiti da un foglio d oro ricoperto di pittura La registrazione brucia dei punti nello strato di pittura simulando i pit. I CD-RW (CD-ReWritable) Sono CD cancellabili e riscrivibili 46
Dischi Ottici: i DVD I DVD (Digital Versatile Disc) sono molto più veloci dei CD e molto più capienti (molti GB) la distanza tra pit e land è molto più piccola rispetto ai CD possono contenere due facce e molti strati le informazioni vengono lette da un raggio puntato di precisione 47
Dischi Ottici: i blu-ray
Dischi Ottici: i blu-ray Differenza
Vantaggi Lettura tramite un Laser a luce blu Maggiore capacita su un singolo disco Dual layer 50 GB; 10 layers 250 GB Video in alta definizione HD = 1080p vs. SD = 480p Funzioni interattive presenti nei Blu-Ray disc players Menu scritti in Java contro menu base del MPEG Connessione ad internet Blu-Ray HD-DVD DVD Dimensione 25-100GB 15-80GB <5GB
Blu-ray e HD-DVD HD-DVD HD-DVD Significa High- Definition Digital Versatile Disc Creato dalla Toshiba Blu-ray Disc Il nome viene dal colore del laser usato per leggere I dati Creato dalla Blu-ray Disc Association (BDA)
Cosa hanno in comune Lunghezza d onda del Laser: 405nm (blue laser) Diametro del disco: 120mm Spessore del disco: 1.2mm Risoluzione massima video :1920 1080 (1080p) Codecs video: MPEG- 2MPEG-4 AVCSMPTE VC-1 Codecs audio: Linear PCM, Dolby Digital, Dolby Digital Plus, Dolby True, HDDTS Digital Surround, DTS-HD
Svantaggi Prezzo I player Blu-Ray costano fra 100-400 franchi In confronto I player HD-DVD costano meno di 15 franchi. Si nota la differenza solo con video di buona qualita
Dischi ottici: vantaggi/svantaggi Vantaggi rispetto ai dischi magnetici: Maggiore densità di memorizzazione Maggiore sicurezza (senza la testina che si avvicina alla superficie) Svantaggi rispetto ai dischi magnetici Minore velocità di accesso 54
Memorie flash 55
Memorie flash Sono memorie permanenti organizzate a blocchi (basata su semiconduttori) Le informazioni: sono memorizzate inviando segnali elettrici al dispositivo sono mantenute anche in assenza di alimentazione sono indirizzabili in piccole unità di bit sono cancellate a grandi blocchi Sono impiegate nelle fotocamere digitali, nei telefoni cellulari e nelle chiavi USB. 56
Memorie flash 2 Vantaggi rispetto ad altre memorie Non sono sensibili a shock (a differenze di memorie ottiche e magnetiche) Portatilità (facilità di connessione e disconnessione) Svantaggi rispetto ad altre memorie Non sono adatte per modifiche frequenti dei dati (diversamente dalla RAM) Le cancellazioni sono per blocchi da 64K nelle memorie NOR da 8K nell memorie NAND (molto meglio!!) 57
Solid State Drive Dischi allo stato solido
Solid State Drive Unità a stato solido Solid State Drive (SSDs) sono dotate, tra gli altri componenti, d pacchetti di memoria flash e di un controller responsabile di vari compiti. Principali componenti di un SSD A differenza degli hard disk, gli SSD non hanno parti meccaniche come motori e teste mobili.
Solid State Drive Hard-Disk Confronto tra Hard-disk Solid-State Drive Solid-State Drive Più fragile a causa delle parti mobili come I piatti rotanti e I bracci meccanici Richiede più energia e produce più calore Le performance calano in funzione del grado di frammentazione dei file. Maggior rischio di perdita dei dati e rottura del disco in fase di trasporto. Risposta e performance più lenta a causa del tempo richiesto per la partenza della rotazione dei dischi e per I movimenti delle parti meccaniche. Più resistente: non ci sono parti mobili Minor calore prodotto e miglior efficienza Performance costante: la frammentazione non è un problema Più resistente a colpi e gocce di liquido Risposta e performance più veloce: non ci sono parti in movimento (nè bracci meccanici nè dischi) Le unità SSD sono più efficienti ed affidabili grazie alla mancanza di parti meccaniche come motori e attuatori e creano meno calore.
Solid State Drives Confronto tra Seagate Pulsar SSD enterprise e un hard disk ad alte prestazioni SAS 15K-rpm Specifiche Savvio 15K.2 73GB* Pulsar SSD 50GB* Differenza Dimensioni 2.5 2.5 - Capacità 73GB 50GB - Interfaccia SAS 3Gb/s SAS 6Gb/s SATA 3Gb/s - Velocità di rotazione (RPM) 15K - - Tipo di NAND Flash - SLC - Potenza in Idle (W) 3.7 0.65 82.4% in meno Potenza attiva (W) 6.18 0.8 87.0% in meno *dati ottenuti dalle schede tecniche disponibili sul sito web del produttore
Solid State Drives Confronto tra le prestazioni di SSD e HDD per applicazioni ad accesso casuale. Velocità di trasferimento di SSD e HDD (MB/sec.) per trasferimento casuale
Solid State Drive Quando si considera il costo al MB per dollaro, gli SSD di frequente sono dietro gli hard disk. Lo scenario si ribalta se si considera il costo per IOPS. HDD (3.5 15K) HDD (2.5 15K) SLC SSD MLC SSD IOPS in scrittura 300 250 1600 3000 IOPS in lettura 390 300 4000 20000 Costo per IOPS ($) 0.52 (146GB) 0.83 (146GB) 0.09 (50GB) 0.04 (50GB) Gli SSD diventano una tecnologia complementare per bilanciare prestazioni, disponibilità, capacità e energia a diversi livelli di applicazione. Poiché il prezzo degli SSD diminuisce nel tempo, diventano un sistema interessante per le soluzioni di archiviazione ad alta prestazioni.
Dischi ibridi(hhds) Gli HHDs sono hard disk dotati di buffer di grandi dimensioni con memorie Flash non volatili per minimizzare la quantità di dati in lettura o scrittura sui piatti. Utilizzando questo buffer di grandi dimensioni, i piatti del disco fisso sono a riposo quasi sempre, invece di continuare a girare come negli hard disk tradizionali La memoria Flash aggiuntiva può ridurre al minimo l energia consumata da soluzioni di storage, riducendo la potenza consumata dal motore e dai bracci meccanici.