SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI I

SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE
INFORMAZIONI
Prof. Andrea Borghesan
venus.unive.it/borg
[email protected]
Ricevimento:
mercoledì, 14.00-15.30. Aula opposta aula 10b
Modalità esame: scritto + tesina facoltativa
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Memorie secondarie o di massa
Le memorie secondarie o di massa sono utilizzate per
memorizzare grandi quantità di informazioni in modo
permanente.
Caratteristiche principali:
 non volatilità
 Grande capacità
 Bassi costi
 Bassa velocità di accesso
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Tali memorie si caratterizzano inoltre per 2 elementi:
 Il supporto di memorizzazione (hd, cd, dvd)
 Il drive (il dispositivo per funzionare/memorizzare )
Hard Disk (IBM, 1956)
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Un disco magnetico (disco fisso) è composto da uno o più piatti
rotanti (generalmente di alluminio) ricoperti di materiale
magnetico e da un gruppo di testine
La testina (sospese
appena
sopra
la
superficie magnetica)
permette la scrittura e
lettura di bit su un
disco.
I bit sono memorizzati
sotto forma di stati di
polarizzazione
(positiva e negativa)
Hard disk. Dettaglio
 In un hard disk
 Ciascun piatto è composto da 2
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superfici (facce)
 Ciascuna faccia è suddivisa in tracce
(circolari) e settori
 Un cilindro è l’insieme delle tracce in
una data posizione radiale
 I settori sono le unità logiche di
memorizzazione
 La capacità di un settore è tipicamente
di 512 byte
 L’indirizzo di un settore è dato da:
cilindro, superficie e settore
Hard disk.
Formattazione o inizializzazione
 Formattazione: operazione che predispone tracce e settori per la
lettura/scrittura
 circa il 15% dello spazio si perde in gap e codici di correzione
errori.
 Gap:
 piccolo spazio separatore tra ogni singola traccia
 Codici correzione errori:
 lo scambio di informazioni tra sistemi (per esempio cpu e ram) è un
flusso di elettroni ed è quindi soggetto a rumori, tipicamente di
natura elettromagnetica, che possono distorcere il segnale
(informazione) iniziale. In informatica la correzione di errore
avviene arricchendo l’informazione iniziale con altre informazioni
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ridondanti
Hard disk.
Deframmentazione e Partizioni
 Deframmentazione: operazione finalizzata ad ordinare ed
avvicinare le tracce ed i settori scritti dell’hd in modo da leggerli
più rapidamente
 Partizionamento: suddivisione dell’hd in più unità logiche (le
partizioni) ciascuna indipendente dalle altre; l’unità fisica rimane
comunque unica. Con la partizione si evita di prendere virus su
tutta l’unità fisica, mentre nel caso di rottura dell’hd, si perdono
comunque tutti i dati anche se appartenenti a diverse unità
logiche
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Hard disk. Prestazioni
 Tempo di posizionamento (seek time)
 Tempo necessario a posizionare le testine sulla traccia richiesta
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(circa 8-10 ms)
 Tempo di latenza o di rotazione (latency time)
 Tempo affinché il settore richiesto “passi” sotto la testina.
Dipende dalla velocità di rotazione (4500, 5400, 7200 rpm, circa
4-9 ms)
 Tempo di trasferimento (transfer time)
 Tempo per trasferire dati, tempo di lettura o scrittura del settore
(in genere trascurabile)
 Tempo di accesso (access time)
 La somma dei tre tempi precedenti
Sistemi RAID
(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)
 Sistema attraverso cui vengono combinati più dischi in ciascuno
dei quali il Sistema Operativo scrive lo stesso dato o
informazione
 Vengono utilizzati dei codici ridondanti che permettono di
recuperare il contenuto di un disco a partire dal contenuto degli
altri dischi
 Quando si rompe/rovina un disco, il suo contenuto viene
recuperato con l’ausilio degli altri dischi e memorizzato in un
nuovo disco sostitutivo
 La sostituzione avviene senza interrompere il funzionamento del
sistema
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Floppy disk
 Funzioni: distribuzione del software su larga scala (con
l’avvento dei PC) e archiviazione dati
 Struttura analoga a quella di un disco magnetico
 il disco si ferma quando non è operativo
 l’avvio della rotazione comporta un ritardo di ½
secondo
 Caratteristiche tipiche di un floppy da 3.5’’:
 capacità: 1.44 MB
 tracce × settori: 80 × 18
 giri per minuto (RPM): 300
 velocità di trasferimento: 500 Kbps.
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Dischi ottici
 Lettura ottica basata sulla riflessione di un raggio
laser sul supporto
 Densità di registrazione più alta che nei dischi
magnetici
 Creati in origine per registrare programmi
televisivi, successivamente applicati ai calcolatori.
 Tipologie:
 CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD, DVD-RAM,
...
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Compact Disk (CD)
 Supporto proposto nel 1980 da Philips e Sony per sostituire i dischi
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musicali in vinile
 Standard di fabbricazione IS-10149:
 diametro: 12 cm; spessore: 1.2 mm e foro di 15 mm al centro
 produzione:
 laser ad alta potenza che brucia fori di 0.8 μm in un disco
master (le depressioni sono dette pit e le aree tra i pit sono
dette land)
 dal master si ricava uno stampo
 nello stampo viene iniettata una resina liquida di policarbonato
che forma un CD con la stessa sequenza di pit del master
 sul policarbonato viene depositato uno strato molto sottile di
alluminio riflettente
 copertura con strato protettivo e poi con una etichetta.
Lettura di un CD
 Un laser a bassa potenza emette una luce infrarossa




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sul disco
I pit appaiono come cunette su una superficie piatta
I passaggi pit/land o land/pit indicano un 1, e la loro
assenza indica uno 0
Pit e land sono impressi in una spirale unica che
compie 22.188 giri attorno al disco
La lettura viene effettuata a velocità costante (120
cm/sec), molto meno della velocità di lettura degli
hard disk.
Pit e land su un CD
Passaggio da pit a land
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Passaggio da land a pit
CD - ROM
 Nel 1984 Philips e Sony definiscono uno standard per i CD-
ROM (Compact Disk-Read Only Memory) in cui si
definiva la struttura ed il formato da utilizzare per memorizzare
dati digitali invece che “musica”
 Rispetto ai CD audio i CD-ROM hanno:
 stesse dimensioni
 compatibilità dell’ottica e della meccanica
 stesso processo produttivo
 miglio capacità di correggere gli errori
 Nel 1986 si definisce la possibilità di mischiare audio, video e
dati nello stesso settore.
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Velocità e capacità dei CD-ROM
 Velocità base (1x):
 75 settori/sec
 153.6 KByte/sec
 velocità superiori (n x) crescono in proporzione
 Capacità
 74 minuti di musica ~ 640 MB
 80 minuti di musica ~ 700 MB
 Tempo di accesso
 alcune centinaia di millisecondi.
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CD Recordable (CD-R)
 Sono CD che vengono scritti una sola volta (WORM)
 si utilizzano per backup, produzioni in piccole serie,
generazione di master, …
 hanno le stesse dimensioni dei CD-ROM
 La riflettività di pit e land è simulata
 c’è uno strato di colore tra il policarbonato e lo strato
riflettente: nello stato iniziale questo strato è trasparente
 per scrivere, un laser ad alta potenza colpisce un punto
nello strato della superficie colorata, rompe un legame
chimico e crea una macchia scura.
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CD ReWritable (CD-RW)
 Dischi ottici riscrivibili
 Lo strato di registrazione utilizza una lega di argento, indio,
ammonio e tellurio che ha due stati stabili:
 lo stato cristallino, con elevata capacità di riflessione (land)
 lo stato amorfo, con ridotta capacità di riflessione (pit)
 Si usa un laser con tre potenze diverse:
 alta potenza: il laser scioglie la lega e un raffreddamento rapido
la porta dallo stato cristallino a quello amorfo
 media potenza: la lega si scioglie e si raffredda tornando nel suo
stato cristallino
 bassa potenza: si rileva solo lo stato del materiale.
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Digital Versatile Disk (DVD)
 Pit più piccoli, spirale più serrata, utilizzo del laser rosso
 Caratteristiche dei DVD:
 capacità di 4.7 GB = 133 minuti di video
ad alta risoluzione, con colonna sonora
in 8 lingue e sottotitoli in 32 lingue
 Diversi formati di DVD:
 lato unico strato unico (4.7 GB)
 lato unico strato doppio (8.5 GB)
 due lati strato unico (9.4 GB)
 due lati strato doppio (17 GB)
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Nastri magnetici (1950)
unità DAT
Inter-record gap
Traccia 1
Traccia 9
• Capacità di diversi GB
• Accesso sequenziale ai dati
• Molto lenti
• Utili solo per operazioni di backup
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Record
Frasi celebri
 Nel futuro i computer arriveranno a pesare non più di una
tonnellata e mezzo (Popular Mechanics, 1949)
 Penso che ci sia mercato nel mondo per non più di 5 computer
(ThomasWatson, presidente IBM, 1943)
 Ho girato avanti e indietro questa nazione (USA) e ho parlato
con la gente. Vi assicuro che questa moda dell’elaborazione
automatica non vedrà l’anno prossimo (Editor libri scientifici di
Prentice Hall, 1947)
 Non c’è ragione per cui qualcuno possa volere un computer a
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casa sua (Ken Olson, fondatore di Digital, 1977)