1.4e - UNISA

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1.4e - UNISA

Prof. Alberto Postiglione
Dipartimento di Scienze della Comunicazione
Facoltà di Lettere e Filosofia
Università degli Studi di Salerno
1.4e: MEMORIA DI MASSA
Informatica Generale (Corso di Studio in Scienze della Comunicazione)
Web Data Design (Corso di Studio Magistrale in Comunicazione,
Audiovisivi e Società della conoscenza)
Cooperazione di Agenti Informatici (Corso di Studio Specialistico di
Informatica – Università di Roma II)
Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze
della Comunicazione – Università di Salerno
MEMORIA DI MASSA
Bibliografia
 Curtin, Foley, Sen, Morin “Informatica di base”, Mc Graw Hill
 Ediz. Fino alla III : cap. 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7
 IV ediz.: cap. 4.1, 15.1, 4.2, 4.3, 15.2, 4.4, 4.5, 4.6
 Questi lucidi
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Come Vengono Memorizzati i Dati
MEMORIA DI MASSA
La Gerarchia delle Memorie
Esistono tre tipi di memoria:
 La memoria interna al processore (cache e registri) che serve
per velocizzare l’elaborazione (cache) e porgere i dati al processore e
memorizzarne le risposte (registri)
 la memoria centrale (memoria principale o di lavoro), utilizzata
per memorizzare i programmi in esecuzione e i relativi dati
 la memoria di massa (memoria secondaria o archivio), utilizzata
per memorizzare in modo perenne grandi quantità di dati
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MEMORIA DI MASSA
Necessità della Memoria di Massa
 La RAM
 per quanto grande possa essere, non può contenere tutti i
programmi, i documenti e gli altri files dell’utente
 è una memoria volatile, cioè perde tutti i dati non appena il
computer viene spento.
 E’ quindi necessario disporre di supporti che consentano di
memorizzare grandi quantità di byte e che li conservino anche
quando il computer è spento
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 Tali supporti sono le memorie di massa (dette anche
ausiliarie, esterne, secondarie)
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MEMORIA DI MASSA
Componenti di una Memoria di Massa
 Fisicamente le Memorie di Massa presentano due elementi
distinti:


Il dispositivo di lettura/scrittura (detto anche driver)
Il supporto di memorizzazione vero e proprio (il CD, il FD,
ecc…)
 Scrivere significa copiare dati dalla RAM al supporto
 Leggere significa copiare dati dal supporto alla RAM
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 Nell‘architettura di von Neumann, quando ci si riferisce alla
memoria, s'intende la memoria centrale, mentre si considera la
memoria secondaria alla stregua di un dispositivo d'ingresso
(input) e/o di uscita (output).
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MEMORIA DI MASSA
Tipi di Memoria di Massa
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MEMORIA DI MASSA
 Una particella magnetica ha due poli, uno negativo e uno
positivo.
 Due particelle magnetiche si attraggono o si respingono se i
poli accostati sono di segno opposto o uguale.
 Il disco è un supporto magnetico, cioè la sua superficie
presenta tante piccole particelle magnetiche, messe una
accanto all’altra, allineate in uno dei due possibili versi (il
tipo di allineamento corrisponde al valore del bit da
memorizzare)
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La Memoria Magnetica
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MEMORIA DI MASSA
 In fase di scrittura, mentre il disco gira una testina di
lettura/scrittura emette piccoli impulsi elettrici. Questi
impulsi hanno l’effetto di invertire la polarità delle particelle che
incontrano sulla superficie del disco.
 In fase di lettura avviene il processo inverso: le particelle
magnetizzate inducono nella testina una corrente elettrica
che viene trasmessa come una successione di 0 e di 1.
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MEMORIA DI MASSA
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La Memoria Ottica
 Sono dischi (CD e DVD) in cui la memorizzazione avviene
alterando o meno la superficie tramite la luce prodotta da
un raggio laser.
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MEMORIA DI MASSA
 Scrittura dei dati binari
 Sulla superficie del disco vengono incisi dei buchi (o
scanalature) che rappresentano il bit 1, l’assenza della
scanalatura (detta intersolco) rappresenta il bit 0
 Lettura dei dati binari
 Il raggio laser in fase di lettura colpisce la superficie del disco, che
riflette più o meno luce a seconda che il raggio colpisce un
intersolco o una scanalatura.
 Un dispositivo, il rivelatore fotoelettrico, misura i diversi gradi di
rifrazione della luce, che vengono poi trasformati in bit.
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La Memoria Ottica
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MEMORIA DI MASSA
Memorie allo stato solido
 Memoria Flash, dispositivi recenti (Pen Drive USB, ma anche
memorie dei cellulari o delle fotocamere digitali)





Simile alla RAM Statica
Non è volatile
Più lenta delle RAM classiche
Più veloce delle memorie di massa (non hanno parti mobili come la
testina)
Facilmente “deteriorabili”, a causa della modalità di scrittura
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Le Caratteristiche della Memoria
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Modalità di Accesso ai Dati
 Accesso Diretto o Sequenziale
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MEMORIA DI MASSA
Strutturazione del Supporto
 Organizzazione in tracce circolari e settori (solo per le
memorie magnetiche)
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MEMORIA DI MASSA
Velocità di accesso ai dati
 Velocità di accesso come somma di tre tempi (solo per le
memorie magnetiche):



Tempo di ricerca della traccia (Seek o posizionamento)
Tempo di latenza (dipendente dalla velocità di rotazione)
Velocità di trasferimento
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MEMORIA DI MASSA
Capacità e Rimovibilità (online e offline)
 Capacità: quanti dati possono essere memorizzati
 Rimovibilità: alcuni supporti possono essere rimossi
(FD, CD, DVD) e fungere da memoria off-line. La
memoria on-line è invece quella sempre direttamente
disponibile.
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Caratteristiche delle memorie: riepilogo
 Velocità di accesso: quanto tempo occorre per raggiungere un
dato (1 msec = 10-3 sec; 1 nsec = 10-9 sec)



Taccesso a memoria centrale » 0.5 - 1 nsec (nanosecondi)
Taccesso a dischi fissi » 5-10 msec (millisecondi)
Taccesso a dischetti (floppy) » 100 msec
 Capacità: quanti dati possono essere memorizzati
 Capacità Memoria Centrale » da 32 MB a 16 GB
 Capacità disco fisso » 40 – 320 Gbyte
 Capacità disco floppy » 1,4 Mbyte
 Volatilità: perdita dei dati quando si spegne l’elaboratore
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 Costo: costo per singolo dato memorizzabile
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I Supporti di Memorizzazione
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Floppy Disk
 Capacità molto ridotta: 1,44 Mbytes!
 Costituito da un sottilissimo foglio di plastica speciale sulla quale
si trova una sostanza magnetica.
 Ruota ad una velocità costante (circa 300 giri al minuto).
 Strutturato in facce, tracce, settori:

Facce corrispondono alle due superfici di memorizzazione.

Tracce Su ciascuna faccia vi sono un insieme di cerchi concentrici
(tracce), da 40 a 80 a seconda del tipo di dischetto.

Settori Le tracce sono suddivise in settori della dimensione di 512
byte.
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MEMORIA DI MASSA
Floppy Disk
 70.000 FD (da 1,44 MB) per contenere la stessa quantità
d’informazione di un HD da 100 GB (100.000 MB)!
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MEMORIA DI MASSA
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Floppy Disk
 Un FD è un supporto ormai inadeguato alle nuove esigenze di
memorizzazione di programmi e di dati
 Preistoria dell’Informatica.
 Introdotto nel 1984 (Circa 15 GENERAZIONI fa!)
 Quando è stato introdotto i computer presentavano
 CPU Intel 80386 da 16 MHz con 275.000 transistor
 Dischi fissi di capacità massima di 20 MB
 Sistema operativo MS-DOS non GUI
 Monitor a caratteri (24 linee x 80 colonne)
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MEMORIA DI MASSA
Altre Memorie Rimovibili
 Cartucce ZIP Iomega e Jazz: servono principalmente per fare
il back-up dei dati e per memorizzare programmi molto grandi .

Le prime contenere 100 o 250 MB di dati e programmi, le seconde
1 o 2 GB.
 Floppy disk LS 120 o LS 240: possono contenere fino a 120
MB di dati o 240 MB di dati e programmi. Stessa forma, peso e
dimensioni di un FD da 3,5 pollici.
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 Pen Drive: Memorie Flash rimovibili veloci (su porta USB) e
capienti (qualche GB) che di fatto hanno sostituito tutte le
Memorie esterne.
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Gli Hard-Disk
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MEMORIA DI MASSA
Interazione tra RAM e Memoria di Massa
 Quando si utilizza un programma per il trattamento di un
documento (ad esempio un file di testo) bisogna:



Caricare in RAM il documento già esistente e presente su disco
(in alternativa creare un nuovo documento vuoto)
Aggiornarlo, apportando tutte le modifiche necessarie, e questo
avviene in RAM utilizzando il programma
Salvare il documento modificato, cioè memorizzare su disco il
documento modificato.
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MEMORIA DI MASSA
Hard Disk
 Contenitore a chiusura ermetica nel quale trovano posto più
piatti con due superfici ciascuno rivestite da uno strato di
materiale magnetico che ruotano attorno ad un perno centrale
e distanti tra loro di qualche millimetro.
 Ogni superficie dispone di una propria testina di
lettura/scrittura che si può spostare radialmente.
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Hard Disk
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Organizzazione di un Hard Disk
 I dati sono registrati sulla superficie del piatto in
 centri concentrici, detti tracce e
 in spicchi di uguale capacità (settori). Tipiche capacità per un
settore sono 512, 1024, 2048 e 4096 bytes
 L’insieme di tutte le tracce poste sulla stessa verticale prende il
nome di cilindro.
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MEMORIA DI MASSA
Le tolleranze del Disco Fisso
 Il disco è in continua rotazione (3600, 5000, 7200 e anche
10000 giri al minuto).
 Le testine di lettura/scrittura non vengono mai a contatto
diretto con la superficie del disco, ma girano su un cuscinetto
d’aria molto sottile
 Come se un aereo viaggiasse ad altissima velocità a pochi
centimetri dal suolo
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MEMORIA DI MASSA
Le tolleranze del Disco Fisso
 Una piccola particella può far entrare in contatto testina e
disco.
 Un incidente del genere (il disco ha una velocità di quasi 100
Km/h) può provocare danni irreparabili (Crash della testina).
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MEMORIA DI MASSA
I Controller del Disco Fisso
 Controller è l’interfaccia tra dischi e computer centrale.
 EIDE (o ATA) che può gestire 4 HD /CD /DVD
 EIDE
 Ultra ATA 133
 Serial ATA
 SCSI che può gestire 16 HD /CD /DVD
 UltraWide
 Ultra 320
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Memorie RAID
 Redundand Array of Independent Disk
 Insieme di dischi a basso costo collegati tra di loro che
vengono visto come una o più unità



Veloci
Economici
Proteggono i dati
 Memorizzandoli più volte su dischi diversi (mirroring)
 Suddividendo i dati in più parti e memorizzando le varie parti su
dischi diversi (sezionamento o striping)
 Prevengono malfunzionamenti dovuti al guasto di un singolo
disco (che può addirittura essere sostituito con il sistema in
funzione)
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MEMORIA DI MASSA
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Formattazione e Partizionamento
 Formattazione (necessaria per poter utilizzare il disco)
 Basso livello che viene fatta direttamente in fabbrica e che divide i
dischi in tracce e settori. Viene inoltre creata la tabella dei Bad
Blocks.
 Logica che viene fatta dall’utente e predispone la creazione di
particolari settori riservanti del disco:
 Boot sector contiene i comandi di sistema necessari all’avviamento
del PC.
 File Table tabella necessaria per la gestione del disco, contiene:
nome dei file, dimensioni, data/ora di creazione e aggiornamento,
tipo del file, settore iniziale, concatenamenti
 Partizionamento
 Una partizione di un disco è una sua suddivisione in una o più
zone, ognuna delle quali può contenere ed essere gestita da un
differente sistema operativo
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MEMORIA DI MASSA
Bad Blocks
 Bad Blocks
 Il software di gestione della periferica (il drive) gestisce la tabella
(interna) dei settori danneggiati (Bad Blocks), che sono settori
che non possono essere più utilizzati a causa di imperfezioni di
superficie.
 Questa tabella è creata durante la formattazione a basso livello
 è aggiornata durante le operazioni di formattazione ad alto livello (o
a seguito di operazioni di analisi approfondita della superficie del
disco)
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MEMORIA DI MASSA
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Tempo di accesso al disco
 Per effettuare il trasferimento dei dati in RAM occorre disporre
di un’area di memoria (buffer) di dimensioni pari al blocco
(quantità di dati che viene tasferita con una sola operazione.
Spesso corrisponde ad un settore).
1.
2.
3.
Calcolo del tempo di accesso:
Ti/o = Tseek + (Trotazione / 2) + Ttrasferimento

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spostamento della testina (seek) verso la traccia richiesta;
attesa che il settore arrivi sotto la testina;
trasferimento dei dati in / da memoria centrale, solitamente
eseguito da un processore dedicato (Direct Memory Access,
DMA).


(Tseek è il più lungo)
Tseek (15 ms – 1 ms)
Latenza di rotazione (6 ms – 3 ms) 5000 – 10000 RPM
Velocita’ di trasferimento (misurata in MByte al secondo)
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I Dischi Ottici
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MEMORIA DI MASSA
 La struttura di questi dischi è paragonabile a quella dei dischi
musicali, infatti i dati sono ordinati lungo un’unica traccia a forma
di spirale.
 Storia dei Dischi ottici
 1982, CD audio
 1985, CD-ROM (Compact-Disk Read-Only Memory) e CDWORM (WORM: Write Once Read Many)
 1996, CD-RW (RW: Read Write), cioè CD riscrivibili più volte.
 1997, DVD-ROM
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Dischi ottici
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La Memoria Ottica
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MEMORIA DI MASSA
CD-ROM
 Sono trasportabili, economici e possono contenere da 650 fino a
800 MB di dati e programmi.


I CD-ROM sono di sola lettura mentre
CD Scrivibili e i CD-Riscrivibili possono essere anche scritti
utilizzando appositi dispositivi chiamati masterizzatori
 Velocità di trasferimento:
 Originariamente 150 Kbyte / secondo ( “1x” );
 Oggi: 12, 16, 24, …, 52 volte tanto…
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DVD-Rom
 DVD (Digital Versatile Disk)
 Evoluzione del CD-ROM
 Capacità fino a 17 Gbyte (26 volte quella di un CD)
 Velocità di trasferimento molto elevata
 I DVD sono nati come supporto per filmati in alta risoluzione.
 I DVD non possono essere letti dai lettori CD-ROM, ma
richiedono unità apposite, mentre è possibile il contrario.
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Vantaggi di un DVD su CD e su VCR
 DVD e CD-ROM hanno simile supporto fisico (120 mm di
diametro)
 DVD maggiore capacità di archiviazione (fino a 26 volte)
 DVD immagazzina 2 ore di film di alta qualità (2-3 volte rispetto
VCR)
 DVD ha una migliore qualità audio
 DVD definisce un formato per la gestione multilingue dell’audio
di un film e dei sottotitoli
 DVD può essere connesso a TV
 DVD presenta minor usura dei VCR
 DVD può contenere dati
 DVD-ROM legge CD-ROM e CD audio
MEMORIA DI MASSA
Maggiore Densità
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DVD-Video vs. DVD-ROM
 Differenza tra DVD-Video e DVD-ROM:
 DVD-Video (spesso chiamato semplicemente DVD) contiene
filmati Video e viene letto in un lettore collegato al televisore.
 DVD-ROM contiene dati e viene letto da un drive DVD-ROM
collegato ad un PC.
 La differenza è simile a quella tra CD audio e CD-ROM.
 Il numero di drive DVD-ROM è molto maggiore di quello dei
lettori DVD-Video. I lettori DVD-ROM possono leggere i
DVD-Video (se il PC è abbastanza potente con una scheda di
decompressione MPEG)
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Aumentare la Capacità di Memorizzazione
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MEMORIA DI MASSA
Juke Box
 Mantiene in linea anche centinaia di CD
 Permette di selezionare e leggere automaticamente dal CD di cui
si ha bisogno
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MEMORIA DI MASSA
La gestione “gerarchica” della memoria
 Criteri per valutare una memoria di massa:
 Tempo di accesso
 Costo dei dispositivi
 Per i dati di uso frequente conviene usare dispositivi più veloci (e
più costosi)
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IL Backup dei Dati
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BACKUP
 Copia di salvataggio dei files più importanti.
 Il valore maggiore di un sistema informatico è quello dei
dati che contiene
 Possono verificarsi “incidenti” quali

Furto dei dischi o dei computer

Accesso non autorizzato con conseguente distruzione (deliberata o
meno) dei dati

Infezione da virus

Impatto della testina sul disco (con conseguente distruzione fisica di
parte o di tutto il disco)

…
 Spesso il supporto di backup è off-site (cioè fisicamente lontano
dal computer)
50
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MEMORIA DI MASSA
BACKUP: supporti di memorizzazione
 Ad accesso Diretto. Veloci, ma costosi
 HD
 FD ad alta capacità (Iomega Zip, LS-120, …)
 CD-ROM e DVD-ROM
 Ad accesso Sequenziale. Supporti economicamente più
convenienti


Nastri
Cassette
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MEMORIA DI MASSA
Nastri e cassette magnetiche
 Nastri magnetici la memorizzazione avviene attraverso la
magnetizzazione della superficie del nastro





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Sul nastro sono tracciate delle piste orizzontali parallele. Di solito, 9
piste parallele di cui 8 corrispondono ad un byte e la nona è il bit di
parità.
capacità di memorizzazione di qualche Gb
tempi di accesso molto alti
possibilità di accedere ai dati in modo solo sequenziale
molto usate in passato, attualmente sono utilizzate come unità di
backup
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 Cassette a nastro: servono principalmente
per fare il back-up dei dati.

La loro capacità varia da 120 MB a 35 GB
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