La memoria di massa Formazione Adulti 2018 Volta

La memoria di massa Formazione Adulti 2018 Volta Pavia Modulo di Informatica http: //formazioneadulti 2018. blogspot. it/

Jacques Le Goff «La memoria è un elemento essenziale di ciò che ormai si usa chiamare “l’identità”, individuale o collettiva, la ricerca della quale è una delle attività fondamentali degli individui e delle società d’oggi. »

Le memorie di Sono dispositivi massaaggiuntivi chiamati sistemi di memoria di massa (o memoria secondaria) Si dividono principalmente in: • • • Dischi magnetici (Hard Disk) CD DVD Nastri magnetici Unità flash Dischi a stato solido

Per misurare la capacità della memoria centrale e delle memorie di massa si usano particolari unità di misura: simbolo bit Byte Kilobyte Megabyte Gigabyte Terabyte Peta. Byte Hexa. Byte Unità 8 bit 1024 byte 1024 KB 1024 MB 1024 GB 1024 TB 1024 PB B KB MB GB TB PB HB

Memoria di massa Vs principale (RAM) Le memorie di massa vengono introdotte per ovviare ai seguenti limiti della memoria centrale: • La volatilità • La dimensione limitata • Costosa Rispetto alla memoria principale presentano dei vantaggi e degli svantaggi

Che differenza c’è tra memoria centrale (RAM) e memoria di massa?

Vantaggi delle memoria di massa Minore volatilità Grandi capacità di memorizzazione Possibilità di essere rimosse dalla macchina e archiviate separatamente • Vale solo per alcune tipologie di memorie

Svantaggi delle memorie di massa Tempi molto più lunghi di risposta • I sistemi magnetici e ottici richiedono un movimento meccanico • I sistemi elettronici (come la memoria principale) non hanno movimenti meccanici Maggiore esposizione ai guasti meccanici • I sistemi con parti mobili sono più esposti di

Funzioni delle memorie di massa di immagazzinare in Consentono modo permanente dati e programmi non in uso Consentono di ricare, in qualsiasi momento, dati e programmi dalla memoria centrale Comprendono due elementi distinti: • Il dispositivo • Il supporto di memorizzazione

I supporti di memorizzazione Sono i componenti fisici su cui si immagazzinano i dati Si dividono in più macrocategorie: • • Supporti magnetici Supporti ottici (Supporti magneto-ottici) Supporti a stato solido

I dispositivi di Hanno la funzione di leggere e scrivere i memorizzazione dati sul supporto Lettura è il processo di copiatura dei dati dal supporto di memorizzazione alla memoria centrale dell’elaboratore Scrittura è il processo di copiatura dei dati dalla memoria centrale dell’elaboratore al supporto di memorizzazione La testina di lettura/scrittura svolge tali compiti

Dispositivi e supporti di memorizzazione Supporto di memorizzazione (CD-ROM) Dispositivo di memorizzazione (Lettore di CD-ROM)

I sistemi magnetici

La memoria Sfrutta ilmagnetica fenomeno della polarità: due magneti si attraggono o respingono a seconda che i poli siano di segno opposto o uguale

La memoria magnetica: Infunzionamento sede di scrittura: la testina di lettura/scrittura emette degli impulsi elettrici che invertono la polarità delle piccole particelle magnetiche presenti nella superficie del supporto La polarità delle particelle rappresenta i dati espressi in forma binaria: 0 e 1 In sede di lettura: le particelle magnetizzate inducono nella testina una corrente elettrica (sequenza binaria)

I dischi magnetici Sono anche detti dischi magnetici o hard disk drive (HDD) Sono le memorie di massa più utilizzate Negli anni le loro dimensioni si sono e la loro capienza è Anno: 2015 Anno: rimpicciolite 1987 Capienza: 20 Capienza: 3 aumentata MB Costo: $ 6. 500, 00 TB (3. 145. 728 MB) Costo: $

Funzionamento di un disco magnetico Un HDD classico è costituito da una scatola sigillata contenente uno o più piatti (di vetroceramica o di alluminio) rivestiti da un sottile strato di materiale magnetico

La struttura di un disco magnetico LEGENDA: A) Traccia B) Settore C)Settore di una traccia (o anche traccia di un settore) D) Cluster

Le tracce In ogni piatto la lettura/registrazione dei dati avviene per mezzo di una coppia solidale di testine di lettura/scrittura (una per ogni superficie) che agiscono sul piatto grazie all’azione meccanica di un braccio mobile su cui sono ancorate I dati sono registrati nelle tracce: dei cerchi concentrici ubicati sulle superfici di ogni piatto del disco fisso

I cilindri e i settori L’insieme delle tracce presenti sulle superfici dei vari dischi e, allineate l’una sull’altra, costituiscono il cilindro L’insieme delle porzioni, di tutte le tracce di una superficie di un piatto, delimitate da due raggi posti a distanza definita, è detto settore Nei settori i dati sono registrati come una stringa continua di bit

Memorizzazione a capacità normale Ogni traccia contiene lo stesso numero di settori Ogni settore contiene lo stesso numero di bit Densità dei bit ubicati nei settori delle tracce più vicini al centro del disco > Densità dei bit ubicati nei settori delle tracce più vicine al bordo esterno del disco

Memorizzazione ad alta capacità Le tracce vicino al bordo esterno contengono molti più settori di quelle vicino al centro Si utilizza la registrazione dei bit a zona Le tracce adiacenti sono raggruppate in zone Ogni traccia della zona ha uguale numero di settori Numero dei settori per traccia di una zona esterna > per traccia di una zona interna

Schema del funzionamento di un HDD

La scrittura Poiché contemporanea le testine sono tra di loro solidali è possibile scrivere o leggere contemporaneamente su tutte le tracce che costituiscono un cilindro • Se un HD ha 1 piatto un cilindro avrà 2 tracce • Se un HD ha 2 piatti un cilindro avrà 4 tracce • Se un HD ha 8 piatti un cilindro avrà 16 tracce L’insieme di porzioni di tracce contigue è detto

Capacità di un sistema a dischi Dipende da tre fattori principali: • Il numero dei piatti utilizzati • Il numero di superfici utilizzate in ogni piatto • La densità con cui sono disposti settori e tracce

Prestazioni di un sistema a dischi (1/2) Vengono valutate utilizzando vari parametri: • Tempo di posizionamento o È il tempo necessario a spostare la testina (di lettura/scrittura) da una traccia all’altra • Latenza (o ritardo di rotazione) o È il tempo medio affinché i dati arrivino sotto la testina, quando questa è stata posizionata sulla traccia prescelta o Ovvero, è la metà del tempo necessario al disco per effettuare una rotazione completa

Prestazioni di un sistema a dischi (2/2) • Tempo di accesso o È la somma del tempo di posizionamento e del ritardo di accesso • Velocità di trasferimento o È la velocità con cui i dati possono essere trasferiti dal disco o Nella registrazione a zone varia in base alla porzione di disco usata (la quantità di dati letti è maggiore nelle tracce di una zona interna)

Il crash della testina Per garantire la massima velocità di rotazione le tesine non toccano la superficie del disco ma «fluttuano» sopra di essa a distanza ravvicinatissima Una singola particella di polvere sarebbe sufficiente a distruggere la testina e la superficie del disco Per proteggere i sistemi a dischi rigidi,

Elogio della lentezza ? In un circuito elettronico i tempi di ritardo si misurano al più in unità di nanosecondi (miliardesimi di secondo) In un sistema a dischi, che prevede dei movimenti fisici, i tempi si misurano al più in millisecondi (millesimi di

La struttura di un floppy disk

I floppy disk I primi floppy “flessibili” avevano un diametro da 8 pollici e una capacità da 100 KB Gli ultimi in uso dagli anni 80 avevano un diametro da 3, 5 pollici e una capacità da 1, 44 MB Sono oramai “estinti” poiché poco capienti

I sistemi a In tali sistemi le informazioni sono registrate nastro in un sottile nastro magnetico avvolto in una bobina La scrittura delle informazioni è sequenziale Svantaggi • Tempi di ricerca molto lunghi • Tempi di avvolgimento/riavvolgimento molto lunghi Vantaggi • Basso costo

Nuove tecnologie per gli HD Il progresso tecnologico ha migliorato la velocità e la capacità dei dischi rigidi Tra le tecnologie, che si sono susseguite nel corso degli ultimi anni, particolare importanza hanno: • Le testine magneto resistenti (MR) • Gli SSD (Solid State Disk)

Le testine magneto resistenti Cambiano resistenza in presenza di un campo magnetico Operano a una distanza dalla superficie dei piatti particolarmente ridotta Consentono una maggiore densità di registrazione, aumentando la capacità dei dischi

Gli SSD (Solid State Disk) Utilizzano la memoria solida per la memorizzazione dei dati (es: memoria flash)

I vantaggi della tecnologia SSD di rumorosità Assenza Bassa probabilità di guasti Consumi ridotti Tempo di accesso ridotto Maggiore resistenza alle vibrazioni IMPORTANTE: Fisicamente un HDD SSD non è un disco magnetico (equivalenza funzionale)

I sistemi ottici

La memoria ottica (1/2) In sede di scrittura: la registrazione avviene tramite un raggio laser che crea sottili scanalature sulla superficie del disco

La memoria ottica In sede di(2/2) lettura: un sottile raggio laser colpisce la superficie del disco in rotazione che riflette una certa quantità di luce: • Maggiore o minore a seconda che la zona colpita sia una scanalatura o un rilievo Un rivelatore fotoelettrico misura i diversi gradi di rifrazione della luce I circuiti elettrici convertono le irregolarità rilevate in forma binaria

La superficie di CD-ROM e DVD ROM Le scanalature sono realizzate per pressofusione L’alternanza di zone chiare (rilievi) e scure (scanalature) rappresentano la sequenza binaria

La tecnologia di memorizzazione I dati sono memorizzati in una singola traccia che gira a spirale dal centro verso l’esterno La traccia è divisa in settori • Della capacità di 2 KB di dati • Dotati di proprie marcature di identificazione I dati sono memorizzati a una densità lineare uniforme sull’intera traccia a

Effetti delle scelte tecnologiche I sistemi di memorizzazione su supporti del tipo CD e DVD funzionano al meglio quando trattano stringhe di dati lunghe e continue La tecnica a spirale non è idonea per l’accesso casuale a dati di piccole dimensioni

Il laser e i dischi ottici Il laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) viene utilizzato per effettuare la lettura e la scrittura dei dati nei dischi ottici Il laser è una forma di radiazione elettromagnetica simile onde radio e alle microonde Attualmente si utilizzano i raggi infrarossi e (da qualche anno) anche i laser blu

Il laser blu d’onda molto più Ha una lunghezza corta rispetto a quella degli infrarossi Possono registrare in una data area una quantità di dati 4 volte maggiore Infatti il raggio del laser blu è ¼ di quello degli infrarossi È usato nella tecnologia Blu-Ray

Le categorie di dischi Dischi ottici di sola lettura Dischi che possono essere registrati una sola volta Dischi che possono essere riscritti più volte

I CD (1/2) Possono archiviare fino a 800 MB di dati Vengono valutati in base a: • Tempo di accesso • Velocità di trasferimento dei dati Hanno varie velocità di rotazione espresse in multipli di quella dei CD musicali (prima generazione) Una V. d. R. maggiore determina: • Un minor tempo di accesso • Una maggiore velocità di trasferimento dei dati

I CD (2/2) Si dividono in: • CD-ROM, possono essere solo letti • CD-R (registrabili), possono essere scritti una sola volta • CD-RW (riscrivibili), possono essere registrati e cancellati più volte

Il processo di creazione di CD e DVD Richiede l’utilizzo di appositi dispositivi detti masterizzatori Il processo di scrittura e/o riscrittura è differente da quello di pressofusione dei CD-ROM e dei DVD-ROM

Registrazione e riscrittura di un supporto, un Nella registrazione raggio laser crea, nello strato di materiale dello stesso, un rilievo a cui è associabile il valore binario 1 Nella riscrittura, il laser modifica il materiale del supporto da uno strato cristallino a uno amorfo

I DVD (Digital Versatile Disk) possono memorizzare varie quantità di dati a seconda del tipo • 1 superficie, 1 strato 4, 7 GB • 1 superficie, 2 strati 9, 4 GB • 2 superfici, 2 strati 17 GB Vi sono DVD sia riscrivibili che registrabili, che purtroppo usano tecnologie tra loro incompatibili • DVD-R /RW • DVD+R/RW

La differente densità di CD e DVD

Il Blu. Ray Utilizza il laser blu Riesce a contenere fino a 200 GB di dati, ovvero quasi 40 volte di più rispetto a un DVD Single Layer- Single Side (4, 7 GB) Utilizza il termine Blu al posto di Blue per motivi di registrazione del marchio La Playstation 3 è stato il primo dispositivo a

Comparazione tra i formati dei dischi ottici

Le unità flash

Funzionamento della memoria flash I bit vengono memorizzati inviando direttamente dei segnali elettrici al dispositivo di memorizzazione Nel dispositivo di memorizzazione gli elettroni sono intrappolati in piccole celle di biossido di silicio Le celle possono trattenere gli elettroni per molti anni anche in assenza di alimentazione esterna

Modalità di accesso Accesso ai dati memorizzati • Possibile anche indirizzando ogni singolo byte in piccole unità di bit, come nella RAM Cancellazione dei dati • Possibile solo in grandi blocchi

Alcune criticità Ogni cancellazione danneggia progressivamente le celle di silicio Le memorie flash non sono adatte per usi che prevedono frequente modifica dei dati salvati Esistono dei sistemi di distribuzione dell’usura

Come è fatta una pen drive Dal punto di vista elettronico una chiavetta USB è basata su un circuito relativamente semplice che ospità però componenti piuttosto complessi. Il cuore di una pen drive è appunto il chip di memoria, un particolare chip di tipo Nand che ha la funzione di conservare la “memoria” di ciò che viene salvato nella pen drive sotto forma di microscopiche cariche elettriche. L’altro componente fondamentale per il funzionamento di una pen drive è il controller. Questo particolare chip ha il compito di gestire la distribuzione dei dati all’interno del chip di memoria, rendendo le operazioni di lettura e scrittura più veloci possibile e garantendo una durata del chip più lunga possibile.

Riassumendo … La memoria flash: • Utilizza chip simili a quelli utilizzati per la memoria centrale (RAM) ma in grado di registrare i dati in modo permanente • I dispositivi che la utilizzano non hanno parti mobili e sono quindi più veloci di dischi e nastri letti da dispositivi elettromeccanici • Sono comunemente implementare nelle chiavette USB e nelle schede di