05 Le memorie secondarie Dott.ssa Ramona Congiu 1
Come vengono memorizzati i dati Nonostante le numerose funzioni che svolge, la memoria RAM dispone di uno spazio limitato, per cui no riesce a contenere tutti i programmi applicativi, i documenti e gli altri tipi di file utilizzati dall utente. Per risolvere questi problemi si ricorre alle memorie secondarie, note anche come memorie di massa, ausiliari o esterne, che consentono di immagazzinare in modo permanente i dati e i programmi al momento non utilizzati e di ricaricarli nella memoria centrale in qualsiasi istante. 2
I dispositivi e i supporti di memorizzazione Le memorie secondarie comprendono due elementi distinti: Il dispositivo Il supporto di memorizzazione Ad esempio un lettore Cd sarà il dispositivo, mentre il CD sarà il supporto di memorizzazione. 3
I dispositivi e i supporti di memorizzazione I dispositivi di memorizzazione hanno la funzione di leggere e scrivere i dati sul supporto: La scrittura consiste nel copiare i dati dalla memoria centrale dell elaboratore al supporto di memorizzazione. La lettura, viceversa, consiste nel copiare i dati dal supporto di memorizzazione alla memorizza centrale. La parte dell unità che svolge queste due funzioni è detta testina di lettura/scrittura. Il supporto di memorizzazione, invece, è il componente fisico su cui vengono immagazzini i dati. Queste componenti possono essere magnetiche, ottiche o allo stato solido. 4
La memoria magnetica Il fenomeno della polarità viene sfruttato per la registrazione su disco o su nastro, che avviene secondo questa modalità: Mentre il disco gira o il nastro scorre, la testina di lettura/scrittura emette impulsi elettrici che invertono la polarità delle piccole particelle magnetiche presenti sulla superficie del supporto. Gli allineamenti delle particelle rappresentano i dati in forma binaria. Quando un file viene aperto per la lettura avviene l opposto: le particelle magnetiche inducono nella testina di lettura/scrittura una corrente elettrica che viene trasmessa al computer come sequenza di 0 e 1. 5
La memoria ottica La registrazione ottica avviene per mezzo di un raggio laser che crea sottili scanalature sulla superficie di un disco. Nel caso dei CD o dei DVD si crea un alternanza di zone chiare e scure (intersolchi e scanalature) che vengono lette come una successione di 0 e 1. Mentre il disco gira nell unità un sottile raggio laser colpisce la sua superficie che riflette una quantità di luce maggiore o minore a seconda della zona colpita. A questo punto un dispositivo detto rivelatore fotoelettrico misura i diversi gradi di rifrazione della luce che vengono convertiti dai circuiti in forma binaria. 6
La memoria allo stato solido Tra i dispositivi di memorizzazione più recenti troviamo la memoria flash, costituita da chip simili a quelli utilizzati per la memoria RAM ma in grado i registrare dati in modo permanente. Questi dispositivi non avendo parti mobili sono più rapidi dei dischi e dei nastri letti da dispositivi elettromeccanici. 7
Accesso diretto o accesso sequenziale Per comprendere in che cosa consistono l accesso diretto e l accesso sequenziale, si può pensare alla differenza tra il funzionamento di un CD e quello di una cassetta. Nel CD si può selezionare direttamente la canzone che si vuole ascoltare (accesso diretto o casuale). Nella cassetta occorre far scorrere il nastro finché non si individua la canzone scelta (accesso sequenziale). 8
La formattazione di un dispositivo Un disco o un nastro magnetico possono essere utilizzati soltanto dopo essere stati formattati. La formattazione è l'operazione tramite la quale si prepara per l'uso un supporto di memorizzazione di massa, come ad esempio un disco fisso. L'operazione consiste nel dividere la capacità del disco in una serie di blocchi di uguali dimensioni e fornire una struttura in cui verranno scritte le informazioni che permetteranno l'accesso ai dati desiderati. 9
Velocità Il reperimento di dati archiviati in una memoria di massa richiede un certo periodo di tempo, la cui durata varia in base a due caratteristiche meccaniche: La velocità di rotazione, cioè il numero di giri compiuti dal disco di un minuto. Il tempo di posizionamento, cioè il tempo impiegato dall unità di lettura per localizzare la traccia su cui sono memorizzati i dati. 10
Velocità Una volta trovata la traccia, l unità deve attendere che i dati scorrano sotto la sua testina di lettura, questo periodo è chiamato latenza. La somma tra la latenza e il tempo di posizionamento corrisponde al tempo di accesso. Il tempo di accesso varia da un dispositivo all altro. Il più veloce è quello della memoria flash, seguita dagli hard disk mentre quello più lento è quello dei nastri. 11
Velocità Una volta localizzati i dati nella memoria secondaria, l elaboratore li trasferisce nella memoria centrale (RAM). La velocità impiegata per eseguire questa operazione è detta velocità di trasferimento dei dati. 12
Capacità di memorizzazione La quantità di dati che un supporto di memorizzazione è in grado di contenere è detta capacità di memorizzazione ed è determinata da diversi fattori, tra cui la densità, la grandezza o la lunghezza della superficie di memorizzazione del supporto. 13
Removibilità La tipica unità per disco rigido, contiene sia il dispositivo di lettura/scrittura sia il supporto di memorizzazione integrati in un unica unità sigillata. Tuttavia in molti casi le memorie di massa hanno supporti removibili, cioè estraibili dalle unità di lettura/scrittura. Esempi di supporti removibili sono il CDROM, i DVD e le schede di memoria flash a esistono anche dischi rigidi removibili. 14
I supporti di memorizzazione 15
Il dischetto Il dischetto (o floppy disc) avevano un diametro di 3,5 pollici e una capacità di 1.44 MB. La scarsa capacità di questi dispositivi li rende al giorno d oggi inutilizzabili e sono ormai solo un ricordo. 16
Le pennine o chiavette USB Le pennine USB, o memory stick sono ormai i dispositivi di memoria più utilizzati. Si tratta di memorie flash inserite all interno di un rivestimento di plastica dalle dimensioni ridotte. Sono dotate di un interfaccia USB grazie alla quale possono essere connesse al computer senza bisogno di drive o slot particolari, senza necessità di alimentazione esterna e senza richiedere l installazione di alcun software di controllo. L estrema praticità e la capacità notevole (si arriva a diversi GB) li rendono diffusi e piuttosto economico. 17
I dischi fissi I dischi fissi, chiamati anche dischi rigidi o hard disk sono le memorie di massa più usate. Le caratteristiche che li contraddistinguono sono: Affidabilità Velocità di accesso ai dati Costi contenuti 18
All interno di un disco fisso Un disco fisso è costituito da una scatola sigillata contenente uno o più piatti di vetro-ceramica o di alluminio rivestiti da un sottile strato di materiale magnetico I dati digitali sono registrati sulla superficie del piatto in cerchi concentrici chiamati tracce. La registrazione avviene tramite una testina di lettura/scrittura fissata a un braccio mobile. Poiché i dati sono registrati su entrambe le superfici del piatto in realtà ci sono due testine, una per lato, sempre solidali tra loro. 19
Le tolleranze del disco fisso Le testine di lettura/scrittura a parte quando sono ferme e durante movimenti verticali di assestamento non vengono mai a contatto diretto con la superficie del disco, ma girano su un cuscinetto d aria. Il disco scorre molto velocemente a una distanza minuscola dal disco. Per evitare che agenti esterni vadano a infilarsi nello spazio tra la testina e il disco gli hard disk sono racchiusi in contenitori a tenuta d aria. Anche se i danni dovuti a un crash possono essere disastrosi è importante che la testina viaggi così vicino al disco. 20
I controller del disco fisso Per poter comunicare con l elaboratore l unità del disco fisso necessita di un interaccia. L industria dell informatica come standard ha adottato l interfaccia EIDE o ATA. Più recente è l interfaccia SATA che si basa su una modalità di trasferimento dati seriale anziché parallela e aumenta la quantità di dati che è possibile trasferire al secondo. Per i server e le workstation più potenti si preferisce la più avanzata e costosa tecnologia SCSI. 21
I dischi ottici I dischi ottici registrano e leggono dati per mezzo di un laser. I più famosi sono il CD-ROM, il DVD- ROM e i dischi ottici cancellabili. I loro vantaggi sono la rimovibilità e la grande capacità di archiviazione. 22
Il laser: una penna ottica La scrittura e la lettura dei dati dai dischi ottici viene effettuata con il laser, ovvero un tipo di radiazione elettromagnetica. Attualmente la scrittura e la lettura dei dati sono effettuate tramite raggi infrarossi ma nel prossimo futuro verranno utilizzati i laser blu che con una lunghezza d onda più corta possono registrare in una data area una quantità di dati fino a quattro volte maggiore. 23
I vantaggi dei dischi ottici I produttori di software utilizzano quasi esclusivamente i CD e i DVD per il commercio di software perché sono più difficili da copiare e perché la loro fabbricazione è molto economica. Inoltre, quelli che vengono venduti con il software all interno, sono di tipo ROM, e di conseguenza una volta scritti dal produttore non possono essere modificati, quindi anche la presenza di virus nascosti è arginata. 24
I CD I CD-ROM sono dei dischi che possono arrivare fino a una capacità di 800 Mb. Come molti altri tipi di supporto vengono valutati in base al tempo di accesso e alla velocità di trasferimento dei dati. Poiché molte caratteristiche sono fissate da specifiche che li rendono compatibili con tutte le unità di lettura in circolazione, per aumentare le prestazioni basta inserirli in un unità più veloce. Più alta è la velocità di rotazione, minore è il tempo di accesso ai dati e più veloce il loro trasferimento. 25
I CD I normali CD-ROM possono essere soltanto letti, ma esistono versioni di questo genere di supporto che permettono anche la registrazione. I CD registrabili (CD-R) possono essere scritti una volta sola. I CD riscrivibili (CD-RW) possono essere registrati, cancellati e riutilizzati più volte e richiedono la presenza di un dispositivo chiamato masterizzatore per la scrittura. 26
I DVD In questi supporti, simili ai CD è possibile memorizzare una quantità maggiore di dati. Inizialmente è stato possibile immagazzinare 4.7 Gb di informazioni digitali su un unico lato di un disco a uno strato di grandezza uguale al CD- ROM. La tecnologia ha anche sviluppato un disco a doppio strato o in alternativa con entrambe le superfici registrabili da 9.4 Gb e uno con entrambe le caratteristiche in grado di contenere fino a 17 Gb. Anche i DVD esistono in versioni registrabili e riscrivibili. 27
La memorizzazione dei dati 28
La compressione A mano a mano che in un dispositivo vengono aggiunti file lo spazio a disposizione diventa sempre più ridotto e una volta esaurito del tutto non è più possibile salvare nuovi file e nemmeno eseguire i programmi in memoria. Inoltre i dischi quando sono quasi pieni iniziano a funzionare male perché l elaboratore fatica a trovare spazio. Invece di installare un nuovo disco si può ricorrere alla compressione che riduce le dimensioni dei file. 29
La compressione Esistono due tipi di compressione: La compressione del disco: comprime il disco intero. Una volta eseguito il programma di utilità le operazioni di compressione diventeranno automatiche e verranno effettuate istantaneamente, vale a dire che i file verranno memorizzati direttamente compressi e poi decompressi al momento dell utilizzo. La compressione dei file: serve a comprimere solo i file specifici. Con un apposito programma è possibile creare un archivio in cui i file vengono memorizzati automaticamente in formato compresso. Quando si deve lavorare su uno di questi file basta toglierlo dall archivio e ritornerà automaticamente al formato normale. I formati di archivio più diffusi sono ZIP e RAR. 30
Considerazioni sulle memorie Come abbiamo visto ci sono diversi tipi di memoria secondaria, ognuno dei quali presenta dei vantaggi e degli svantaggi. Due importanti criteri per la valutazione delle memorie di massa sono: il tempo di accesso ai dati il costo dei dispositivi. Per i dati di uso più frequente è opportuno utilizzare i supporti di memorizzazione più veloci, anche se costano di più. I dati che vengono usati più raramente, per esempio i dati che vengono usati per ripristinare il sistema in caso di problemi, possono essere archiviati in supporti più lenti ed economici. 31
Il backup dei dati 32
Il backup dei dati L operazione di backup dei dati, cioè la copia di tutti i dati in memoria o almeno dei file di maggior vale è importantissima. Il backup è importante perché possono verificarsi degli incidenti che portano alla perdita o alla distruzione dei dati. I dischi fissi come ogni altra componente meccanica sono soggetti a usura e possono rompersi. I computer portatili possono essere rubati e quindi si perdono anche i dati in esso contenuti. Una persona non autorizzata può arrecare più o meno involontariamente danni ai dati. Il sistema può essere infettato da virus che possono distruggere i dati. 33
L archiviazione off-site L archiviazione off-site consiste nel riporre la copia di sicurezza in un luogo abbastanza distante dall originale così da evitare che la copia possa essere danneggiata dallo stesso incidente. Se pr esempio archiviate la copia di backup nello stesso edificio in cui trova l originale potrebbero entrambe sparire a causa di un furto o di un incendio. 34
I supporti di backup ad accesso casuale Molti supporti di memoria, come ad esempio i dischi fissi funzionano ad accesso casuale. Questo tipo di accesso è molto conveniente perché consente di reperire facilmente i file contenuti in una memoria di massa. I dischi rigidi removibili sono come i normali dischi fissi ma possono essere estratti dall unità del disco. I CD e i DVD bruciano i dati su un supporto ottico che ha il vantaggio di essere a basso costo anche se non riscrivibile. 35
L utilità del backup Un errore umano, come la scorretta installazione o utilizzazione di un programma La caduta accidentale di un portatile Il cattivo funzionamento del sistema, provocato ad esempio da un guasto al disco fisso La testina può toccare il disco che gira e raschiarlo Catastrofi naturali Lo scoppio di tubi d acqua, blackout, temporali, incendi. Sono tutte possibili cause di perdita dati, per cui è sempre meglio avere una copia di backup dei dati più importanti. 36
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