Università di Trieste. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi Memorie 1

Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 1

Introduzione Le memorie ad accesso seriale (dischi, nastri, cassette) sono generalmente utilizzate come memorie di massa. I dati sono memorizzati un bit dopo l altro in tracce, ognuna delle quali può essere dotata di una sua circuiteria di lettura/scrittura (testina). Quando si desidera leggere/scrivere un dato, è necessario posizionare la testina sopra il dato, muovendo o la testina, o la traccia, od entrambe. Le memorie ad accesso seriale sono caratterizzate da basso costo ed elevato tempo di accesso. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 2

Tempo di Accesso Il tempo di accesso t A è determinato da: t S : tempo per posizionare la testina sulla traccia opportuna (seek time); è nullo se ogni traccia ha la sua testina; t L : tempo per posizionare la testina sul dato, all interno della traccia (latency time) t D : tempo per leggere serialmente i dati (data-transfer time). Si ha quindi che: t A = t S + t L + t D Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 3

Distribuzione dei dati I bit di un singolo dato possono essere distribuiti in 2 modi sulle tracce: serialmente su una singola traccia parallelamente, ognuno su una diversa traccia; in questo caso tutti i bit di un dato possono essere letti/scritti contemporaneamente ed il data-transfer time si riduce corrispondentemente. Dal momento che t S e t L sono significativi rispetto a t D, i dati sono normalmente raggruppati in blocchi, e la lettura/scrittura dei dati avviene in blocchi. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 4

Densità di Memorizzazione e Velocità della Testina Detta T la densità (in bit/cm) di memorizzazione, e V la velocità (in cm/sec) della testina rispetto alla traccia, la velocità di trasferimento dati una volta che la testina è opportunamente posizionata è data da T*V. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 5

Codifica dei dati Viene introdotta per evitare di dover utilizzare una traccia di clock per la sincronizzazione. Una tecnica di codifica molto semplice è quella detta codifica di fase o Manchester. Ogni bit di informazione viene memorizzato come una transizione da alto o basso, e viceversa. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 6

Memorie a Disco Magnetico L elemento di memoria è un disco ricoperto di materiale magnetico, su cui esistono una serie di tracce concentriche. L unità di memoria può essere costituita da più dischi: in tal caso essi sono connessi ad un unico asse e ruotano a velocità costante.ogni superficie (faccia) è dotata di una testina in grado di muoversi radialmente fin sulla Traccia desiderata. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 7

Le varie testine si muovono di solito in maniera solidale. L insieme delle tracce ad uguale distanza dal centro poste su facce diverse è denominato cilindro. Organizzazione Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 8

Standard IDE, EIDE e SCSI Standard nato con il PC XT IBM Limite di 16 testine, 63 settori e 1024 cilindri: in tutto 528 MB EIDE estende lo standard a 2 24 settori, controllori fino a 4 dischi e transfer rate più alta ~30MB/sec SCSI (Small Computer Interface), standard ANSI Controller piu intelligente, inizialmente migliori prestazioni Connessione daisy chain Adatto a server. Usato nelle Ws Unix Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 10

Hard Disc: Struttura Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 11

Hard Disc: Controllers Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 12

Hard Disc: Evoluzione Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 13

RAID RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) è un architettura standard per l utilizzazione di insiemi di dischi al fine di aumentare le prestazioni e l affidabilità. RAID fu proposto da un gruppo di ricercatori dell Università di Berkeley. Oggi è uno standard accettato da tutte le industrie del settore. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 14

Caratteristiche RAID è un insieme di dischi fisici visti dal sistema operativo come un singolo disco logico i dati sono distribuiti tra i dischi fisici dell insieme la ridondanza derivante dalla disponibilità di dischi aggiuntivi è utilizzata per memorizzare informazioni di parità che permettono di recuperare i dati persi in caso di guasti. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 15

Livelli Esistono 6 configurazioni RAID (da 0 a 5), di cui 2 non sono praticamente utilizzate (2 e 4). Tali configurazioni prendono il nome di livelli. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 16

RAID 0 È basato sulla suddivisione dei dati in strisce (strip), che vengono poi distribuite tra i dischi disponibili. Vantaggi: se si fa accesso a strisce consecutive, l accesso avviene in parallelo sui vari dischi se si fanno diversi accessi contemporanei alla memoria di massa, questi possono avvenire fisicamente insieme,purchè siano relativi a strisce poste su dischi diversi. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 17

RAID 1 I dati sono semplicemente duplicati su due insiemi paralleli di dischi (mirroring). Vantaggi Le richieste di lettura possono venire soddisfatte dall uno o dall altro dei dischi contenenti la striscia: quindi si può scegliere quello con prestazioni migliori Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 18

RAID 1 le richieste di scrittura devono venire fatte su ambedue i dischi che contengono la striscia: le prestazioni non sono peggiori del caso RAID 0 nel caso di guasto, nessun dato viene perso. Svantaggi Il costo è duplicato rispetto a RAID 0. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 19

RAID 2 RAID 2 usa la tecnica dell accesso parallelo: tutti i dischi dell insieme partecipano a tutte le operazioni di I/O in maniera sincronizzata (in qualsiasi istante le testine di tutti i dischi sono nella stessa posizione). Le strisce sono molto piccole (1 byte o word). A ciascun insieme di bit acceduti contemporaneamente sui vari dischi corrisponde un insieme di bit di controllo calcolati con un codice di Hamming che permette il rilevamento e la correzione degli errori. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 20

RAID 2,3 RAID 2 non viene usato in pratica perchè troppo costoso (richiede log n dischi ridondanti per il codice). RAID 3 Come nel RAID 2, ma c è un solo disco ridondante che contiene il codice di parità. Vantaggi In caso di guasto su un disco, il suo contenuto può essere ricostruito sulla base di quello degli altri dischi e di quello di parità le prestazioni sono migliori di quelle del singolo disco, in quanto coinvolgono in parallelo più dischi. Svantaggi Nel caso di più richieste di accesso contemporanee, una sola alla volta può essere servita. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 21

RAID 4 Fa uso della tecnica dell accesso independente: ogni disco lavora indipendentemente dagli altri. Le strisce sono piccole (1 byte o word). Vengono calcolati dei bit di parità che sono memorizzati in un disco apposito. Vantaggi È adatto per applicazioni che comportano molti accessi indipendenti (che possono essere serviti in parallelo). Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 22

RAID 4 Svantaggi Quando si deve modificare un dato, si devono eseguire ben 4 accessi a disco: lettura del dato vecchio, lettura della vecchia parità, scrittura del nuovo dato, scrittura della nuova parità. RAID 4 è raramente usato in pratica. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 23

RAID 5 Funziona come RAID 4, ma le strisce di parità sono distribuite tra i diversi dischi. In questa maniera l aggiornamento della parità derivante da una scrittura può essere eseguito in parallelo ad un nuovo accesso. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 24

RAID 5 Svantaggi Dato che utilizza la parità distribuita, le prestazioni di scrittura sono inferiori agli altri livelli di Raid; ogni richiesta di scrittura comporta infatti la lettura da due unità disco (vecchi dati, vecchia parità) e la scrittura dei nuovi dati su due unità disco (nuovi dati, nuova parità). Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 25

Tipologie di Dischi ottici CD CD-ROM CD-R DVD Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 26

CD CD Sono dischi non cancellabili che memorizzano informazioni audio. Lo standard prevede dischi da 12 cm che possono memorizzare circa 60 minuti di registrazione sonora. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 27

CD-ROM (1) Sono dischi ottici non cancellabili per la memorizzazione di informazioni in forma elettronica. Lo standard prevede dischi da 12 cm che contengono oltre 600 Mbyte. I dati sono organizzati in una sola traccia a spirale ~22000 giri a ~600/mm: lunghezza totale ~5,6Km, rotazione variabile 200-520 RPM per avere flusso dati uniforme (musica). Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 28

CD-ROM (2) Lungo la traccia sono incise fosse (pits) e piazzole (lands) aventi circa 0.6m mm di diametro,che memorizzano l informazione binaria. Un raggio laser percorre le tracce: a seconda che incontri una fossa o una piazzola esso viene riflesso in modo diverso, permettendo ad un rivelatore di rigenerare l informazione memorizzata. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 29

CD-ROM (3) Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 30

CD ROM (5) Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 31

CD-R (Recordable) CD-R/WR (2) Questi supporti hanno le stesse dimensioni e lo stesso aspetto dei CD, ma vengono creati con la tecnica a cambiamento di fase. Essa si basa sul fatto che la luce laser, irradiando la superficie del supporto, provoca un cambiamento di fase da uno stato cristallino ad uno strato amorfo. La lettura dei dati consiste nel rilevare la differenza di riflettività tra i due stati. Poiché il passaggio di stato è un processo reversibile, è possibile cancellare e riscrivere le informazioni utilizzando un laser ad alta potenza: si utilizza un laser della potenza di 8 mw in scrittura ed 1 mw in lettura. Questa tecnica però espone il supporto a dei cicli termici ad alta temperatura, con la possibile manifestazione di fenomeni di fatica. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 34

CD-R/WR (2) Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 35

DVD (Digital Versatile Disk) Il DVD ha lo stesso diametro dei CD (12cm) e lo stesso spessore (1,2mm), ma è stato sviluppato perchè era necessario avere un supporto ottico di archiviazione di enorme capacità: infatti il 680 Mb dei CD Audio e i 650 Mb dei CD-ROM non erano più sufficienti per le applicazioni audio/video. Chiaramente il problema era quello di aumentare la densità dei dati senza cambiare il formato dei 12 cm di diametro. Lo scopo quindi era quello di aumentare di circa 10 volte la capacità degli attuali cd riducendo quindi la distanza fra le tracce e le dimensioni dei pit Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 36

Il disco floscio Il floppy disk, la cui tecnologia si deve ad un giapponese negli anni 50, venne creato dall IBM per il mainframe S/370. Inizialmente da 8, 80Kbytes di dati. La Wang Laboratories (1971), per un suo elaboratore di testi chiese alla Shugart Associates uno più piccolo; come spesso accade il formato venne deciso in maniera bizzarra: 5 1/4, decisione presa in un bar di Boston: era la misura del tovagliolo da cocktail. Calcolatori Elettronici a.a. 2006-2007 Omero Tuzzi Memorie 38