777 - UNISA

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777 - UNISA
Modulo 1: Le I.C.T.
UD 1.4h: Memoria di Massa
Prof. Alberto Postiglione
Dipartimento di Scienze della Comunicazione
Corso di “Informatica Generale” (AA 07-08)
Corso di Laurea in “Scienze della Comunicazione”
Università degli Studi di Salerno
COME VENGONO MEMORIZZATI I DATI
Curtin, cap. 5.1
1
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21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Gerarchia delle Memorie
ne
zio
a
nic
La memoria interna al processore (cache e registri)
mu che
o
C
la
i
serve per velocizzare l’elaborazione (cache) eelporgere
d
e
z
dati al processore e memorizzarne le risposte
(registri)
ien
c
S
i
d
la memoria centrale (memoria principale
o di lavoro),
to
n
e
utilizzata per memorizzare i programmi
in esecuzione e i
im
rt
pa
i
relativi dati
D
Esistono tre tipi di memoria:
„
„
„
la memoria di massa (memoria secondaria o archivio),
utilizzata per memorizzare in modo perenne grandi
quantità di dati
UD 1.4h
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Necessità della Memoria di Massa
e
i on
z
ica
¾ per quanto grande possa essere, non può contenere tutti uin
m
o
programmi, i documenti e gli altri files dell’utente la C
l
de
¾ è una memoria volatile, cioè perde tutti i dati non
ze appena il
n
ie
computer viene spento.
Sc
i
od
nt
e
tim
ar supporti che consentano
E’ quindi necessario disporreipdi
D
La RAM
di memorizzare grandi quantità di byte e che li conservino
anche quando il computer è spento
„
Tali supporti sono le memorie di massa (dette anche
ausiliarie, esterne, secondarie)
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Componenti di una Memoria di Massa
e
ne
Fisicamente le Memorie di Massa presentano due elementi
zio
a
nic
distinti:
mu
o
aC
¾ Il dispositivo di lettura/scrittura (detto anche driver)
l
l
de
zeCD, il FD, ecc…)
¾ Il supporto di memorizzazione vero e proprio n(il
ie
Sc
i
d
to
n
e RAM al supporto
Scrivere significa copiare dati tdalla
im
r
a
p
Di dal supporto alla RAM
Leggere significa copiare dati
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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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Tipi di Memoria di Massa
e
i on
z
ica
un
m
o
aC
l
l
de
ze
n
ie
Sc
i
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nt
e
im
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a
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Di
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„
„
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Magnetica
e
ne
Una particella magnetica ha due poli, uno negativo e uno
zio
a
nic
positivo.
mu
om
aC
l
l
e
ed
z
Due particelle magnetiche si attraggonocieon si respingono
iS
se i poli accostati sono di segno opposto
o uguale.
od
t
n
e
im
rt
pa
i
D
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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z
ica
un
m
o
aC
l
l
de
ze
n
ie
Sc
i
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nt
e
im
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a
p
Di
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Magnetica
e
ne
In fase di scrittura, mentre il disco gira una testina di
zio
a
nic
lettura/scrittura emette piccoli impulsi elettrici.muQuesti
o
C
impulsi hanno l’effetto di invertire la polaritàedelle
lla
ed
particelle che incontrano sulla superficieedel
nz disco.
ci e
iS
d
o
nt
e
In fase di lettura avviene il processo
inverso: le
im
rt
pa
i
particelle magnetizzate inducono
nella testina una
D
corrente elettrica che viene trasmessa come una
successione di 0 e di 1.
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Magnetica
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l
l
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ze
n
ie
Sc
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e
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Ottica
e
ne
Sono dischi (CD e DVD) in cui la memorizzazione avviene
zio
a
nic
alterando o meno la superficie tramite la luce prodotta
mu
o
aC
da un raggio laser.
el l
e
nz
e
i
Sc
di
o
t
en
m
i
rt
pa
Di
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Ottica
e
i on
z
ica
¾ Sulla superficie del disco vengono incisi dei buchi (o scanalature)
un
m
o
che rappresentano il bit 1, l’assenza della scanalatura
a C (detta
l
l
de
intersolco) rappresenta il bit 0
ze
n
ie
Sc
i
od
nt
Lettura dei dati binari
e
im
rt
a
¾ Il raggio laser in fase di lettura
colpisce
la superficie del disco,
p
Di
che riflette più o meno luce a seconda che il raggio colpisce un
intersolco o una scanalatura.
Scrittura dei dati binari
¾ Un dispositivo, il rivelatore fotoelettrico, misura i diversi gradi di
rifrazione della luce, che vengono poi trasformati in bit.
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Memorie allo stato solido
e
Memoria Flash, dispositivi recenti (Pen Drive USB, mazion e
a
nic
anche memorie dei cellulari o delle fotocamere digitali)
u
m
om
aC
l
l
e
ed
z
Non è volatile
ien
Sc
Più lenta delle RAM classiche
i
od
thanno
n
Più veloce delle memorie di massa (non
parti mobili come la
e
im
t
r
testina)
pa
Di
Facilmente “deteriorabili”, a causa della modalità di scrittura
¾ Simile alla RAM Statica
¾
¾
¾
¾
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LE CARATTERISTICHE DELLA MEMORIA
Curtin, cap. 5.2
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„
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Modalità di Accesso ai Dati
Accesso Diretto o Sequenziale
a
el l
d
e
nz
e
i
Sc
di
o
t
en
m
i
rt
pa
Di
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ne
zio
a
nic
mu
o
C
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Strutturazione del Supporto
e
e
on
Organizzazione in tracce circolari e settori (solo perzile
a
nic
memorie magnetiche)
mu
a
el l
d
ze
ien
c
S
di
o
t
en
im
t
r
pa
Di
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Co
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Velocità di accesso ai dati
e
ne
Velocità di accesso come somma di tre tempi (solo perziole
a
nic
memorie magnetiche):
mu
om
aC
¾ Tempo di ricerca della traccia (Seek o posizionamento)
l
l
de
ze
¾ Tempo di latenza (dipendente dalla velocità di nrotazione)
ie
Sc
¾ Velocità di trasferimento
i
d
to
n
e
im
rt
a
p
Di
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Capacità e Rimovibilità (online e offline)
e
i on
Capacità: quanti dati possono essere memorizzati
az
ic
un
m
o
„ Rimovibilità: alcuni supporti possono essere
aC
l
l
de
rimossi (FD, CD, DVD) e fungere da memoria
ze
n
ie
Sc
off-line. La memoria on-line è invece
quella
i
d
o
t
en
sempre direttamente disponibile.
im
t
r
pa
Di
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„
„
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Caratteristiche delle memorie: riepilogo
e
ne
Velocità di accesso: quanto tempo occorre per
zio
a
ic
raggiungere un dato (1 msec = 10-3 sec; 1 nsec = 10m-9unsec)
om
aC
¾ Taccesso a memoria centrale » 0.5 - 1 nsec (nanosecondi)
l
l
de
¾ Taccesso a dischi fissi » 5-10 msec (millisecondi) nze
cie
¾ Taccesso a dischetti (floppy) » 100 msec di S
o
nt memorizzati
e
Capacità: quanti dati possono essere
im
rt
¾ Capacità Memoria Centrale » D
da
ipa32 MB a 16 GB
¾ Capacità disco fisso » 40 – 320 Gbyte
¾ Capacità disco floppy » 1,4 Mbyte
„
Volatilità: perdita dei dati quando si spegne l’elaboratore
„
Costo: costo per singolo dato memorizzabile
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I DISCHETTI
Curtin, cap. 5.3
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Floppy Disk
Capacità molto ridotta: 1,44 Mbytes!
ne
zio
a
nic
mu
o
C
Costituito da un sottilissimo foglio di plasticaespeciale
lla
d
ze
sulla quale si trova una sostanza magnetica.
en
ci e
iS
d
o
nt
e
Ruota ad una velocità costante t(circa
300 giri al minuto).
im
r
a
p
Di
Strutturato in facce, tracce, settori:
¾ Facce corrispondono alle due superfici di memorizzazione.
¾ Tracce Su ciascuna faccia vi sono un insieme di cerchi concentrici
(tracce), da 40 a 80 a seconda del tipo di dischetto.
¾ Settori Le tracce sono suddivise in settori della dimensione di 512
byte.
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Floppy Disk
e
e
70.000 FD (da 1,44 MB) per contenere la stessa quantità
i on
z
ca
d’informazione di un HD da 100 GB (100.000 MB)! muni
a
el l
d
ze
ien
c
S
di
o
t
en
im
t
r
pa
Di
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„
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Floppy Disk
e
ne
Un FD è un supporto ormai inadeguato alle nuove esigenze
zio
a
nic
di memorizzazione di programmi e di dati
mu
om
aC
l
l
e
ed
z
Preistoria dell’Informatica.
ien
Sc
i
d
Introdotto nel 1984 (Circa 15 GENERAZIONI
fa!)
to
n
e
im
rt
pa
i
D
Quando è stato introdotto i computer presentavano
¾ CPU Intel 80386 da 16 MHz con 275.000 transistor
¾ Dischi fissi di capacità massima di 20 MB
¾ Sistema operativo MS-DOS non GUI
¾ Monitor a caratteri (24 linee x 80 colonne)
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Altre Memorie Rimovibili
Cartucce ZIP Iomega e Jazz: servono principalmentezione
ica
per fare il back-up dei dati e per memorizzare programmi
un
m
Co
molto grandi .
la
el
¾ Le prime contenere 100 o 250 MB di dati e programmi,
le seconde
ed
z
n
e
i
1 o 2 GB.
c
iS
d
to
en
m
i
Floppy disk LS 120 o LS 240:
rt possono contenere fino a
pa
i
120 MB di dati o 240 MB diDdati e programmi. Stessa
forma, peso e dimensioni di un FD da 3,5 pollici.
„
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
Curtin, cap 5.4
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Interazione tra RAM e Memoria di Massa
e
e
Quando si utilizza un programma per il trattamento di zun
i on
ca
documento (ad esempio un file di testo) bisogna: muni
om
a C su disco
¾ Caricare in RAM il documento già esistente e presente
l
l
de
(in alternativa creare un nuovo documento vuoto)
ze
n
cie
¾ Aggiornarlo, apportando tutte le modifiche
e questo
Snecessarie,
i
d
o
avviene in RAM utilizzando il programma
nt
me
i
t
¾ Salvare il documento modificato,
r cioè memorizzare su disco il
pa
Di
documento modificato.
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„
„
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Hard Disk
e
ne
Contenitore a chiusura ermetica nel quale trovano posto
zio
a
ic
più piatti con due superfici ciascuno rivestite damununo
o
C
strato di materiale magnetico che ruotano attorno
ad un
lla
e
d
e
z millimetro.
perno centrale e distanti tra loro di qualche
en
ci e
iS
d
o
nt
e
Ogni superficie dispone di una rpropria
testina di
tim
pa
i
lettura/scrittura che si puòD spostare radialmente.
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Hard Disk
e
i on
z
ica
un
m
o
aC
l
l
de
ze
n
ie
Sc
i
od
nt
e
im
rt
a
p
Di
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„
„
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Organizzazione di un Hard Disk
ne
zio
a
nic
¾ centri concentrici, detti tracce e
mu
o
C
¾ in spicchi di uguale capacità (settori). Tipiche capacità
lla per un
e
d
settore sono 512, 1024, 2048 e 4096 bytes ze
n
e
ci
L’insieme di tutte le tracce poste sulla
i Sstessa verticale
d
o
nt
prende il nome di cilindro.
e
im
rt
pa
i
D
I dati sono registrati sulla superficie del piatto in
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„
„
„
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Le tolleranze del Disco Fisso
e
Il disco è in continua rotazione (3600, 5000, 7200 e zion e
a
nic
anche 10000 giri al minuto).
mu
om
aC
l
l
de
ze
n
Le testine di lettura/scrittura non vengono
mai a
ie
Sc
i
contatto diretto con la superficie del
o d disco, ma girano su
nt
e
un cuscinetto d’aria molto sottile
im
rt
a
p
Di
Come se un aereo viaggiasse ad altissima velocità a pochi
centimetri dal suolo
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„
„
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Le tolleranze del Disco Fisso
e
Una piccola particella può far entrare in contatto zion e
a
nic
testina e disco.
u
m
om
aC
l
l
e
ed
z
Un incidente del genere (il disco ha una cvelocità
di quasi
ien
S
i
d
100 Km/h) può provocare danni irreparabili
(Crash della
to
n
e
testina).
im
rt
pa
i
D
# 31
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„
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
I Controller del Disco Fisso
e
ne
Controller è l’interfaccia tra dischi e computer centrale.
zio
ica
un
m
o
9 EIDE
aC
l
l
de
9 Ultra ATA 133
ze
n
9 Serial ATA
ie
Sc
i
¾ SCSI che può gestire 16 HD /CD /DVDo d
t
en
9 UltraWide
im
t
r
9 Ultra 320
pa
Di
¾ EIDE (o ATA) che può gestire 4 HD /CD /DVD
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„
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Memorie RAID
ne
zio
a
ic
un
Insieme di dischi a basso costo collegati tra diomloro
C
lla
che vengono visto come una o più unità
e
d
ze
n
¾ Veloci
e
ci
iS
¾ Economici
d
o
nt
e
¾ Proteggono i dati
im
rt
9 Memorizzandoli più volte su dischi
pa diversi (mirroring)
i
D
Redundand Array of Independent Disk
9 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)
# 33
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„
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Formattazione e Partizionamento
e
ne
Formattazione (necessaria per poter utilizzare il disco)
zio
ica
¾ Basso livello che viene fatta direttamente in fabbrica e che
un
m
o
divide i dischi in tracce e settori. Viene inoltre creata
a Cla tabella
l
l
de
dei Bad Blocks.
ze
n
ie
¾ Logica che viene fatta dall’utente e predispone
Sc la creazione di
i
particolari settori riservanti del disco:to d
en
9 Boot sector contiene i comandi di tsistema
necessari all’avviamento del
im
r
a
PC.
p
Di
9 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
¾ 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
UD 1.4h
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„
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Bad Blocks
ne
zio
a
nic
¾ Il software di gestione della periferica (il drive) gestisceula
m
o
C che sono
tabella (interna) dei settori danneggiati (Bad Blocks),
lla
e
d di
settori che non possono essere più utilizzati a causa
ze
n
e
imperfezioni di superficie.
ci
iS
d
¾ Questa tabella è creata durante la formattazione
a basso livello
o
nt
e
m formattazione ad alto livello
¾ è aggiornata durante le operazioni
tidi
ar
p
i
(o a seguito di operazioni di analisi
approfondita della superficie
D
Bad Blocks
del disco)
# 35
UD 1.4h
Modificata il
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Tempo di accesso al disco
e
e
Per effettuare il trasferimento dei dati in RAM occorre
i on
z
ica
disporre di un’area di memoria (buffer) di dimensioni
un pari
m
o
a C una
al blocco (quantità di dati che viene tasferitaellcon
d
zesettore).
sola operazione. Spesso corrisponde ad un
n
e
„
ie
1. spostamento della testina (seek) verso la itraccia
richiesta;
Sc
d
o
2. attesa che il settore arrivi sotto la testina;
t
en
3. trasferimento dei dati in / da memoria
centrale, solitamente
im
t
r (Direct Memory Access, DMA).
eseguito da un processore dedicato
ipa
D
Calcolo del tempo di accesso:
Ti/o = Tseek + (Trotazione / 2) + Ttrasferimento
(Tseek è il più lungo)
¾ Tseek (15 ms – 1 ms)
¾ Latenza di rotazione (6 ms – 3 ms) 5000 – 10000 RPM
¾ Velocita’ di trasferimento (misurata in MByte al secondo)
UD 1.4h
# 36
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DISCHI OTTICI
Curtin, cap. 5.5
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„
„
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Dischi ottici
e
La struttura di questi dischi è paragonabile a quella deizion e
ica
dischi musicali, infatti i dati sono ordinati lungo un’unica
un
m
o
aC
traccia a forma di spirale.
l
l
e
de
ze
n
ie
Sc
i
Storia dei Dischi ottici
od
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¾ 1982, CD audio
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¾ 1985, CD-ROM (Compact-Disk
Di Read-Only Memory) e CD-WORM
(WORM: Write Once Read Many)
¾ 1996, CD-RW (RW: Read Write), cioè CD riscrivibili più volte.
¾ 1997, DVD-ROM
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# 38
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Ottica
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
CD-ROM
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Sono trasportabili, economici e possono contenere da 650
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fino a 800 MB di dati e programmi.
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de
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¾ CD Scrivibili e i CD-Riscrivibili possono essere nanche
scritti
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utilizzando appositi dispositivi chiamati masterizzatori
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Velocità di trasferimento:
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¾ Originariamente 150 Kbyte / secondo
( “1x” );
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Di
¾ Oggi: 12, 16, 24, …, 52 volte tanto…
¾ I CD-ROM sono di sola lettura mentre
„
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
DVD-Rom
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DVD (Digital Versatile Disk)
¾ Evoluzione del CD-ROM
„
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¾ Capacità fino a 17 Gbyte (26 volte quella di un CD) lla
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¾ Velocità di trasferimento molto elevata
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I DVD sono nati come supportotiper
me filmati in alta
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risoluzione.
Di
I DVD non possono essere letti dai lettori CD-ROM, ma
richiedono unità apposite, mentre è possibile il contrario.
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Vantaggi di un DVD su un CD e su un VCR
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DVD e CD-ROM hanno simile supporto fisico (120 mm di
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diametro)
un
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C volte)
DVD maggiore capacità di archiviazione (fino ealla26
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ze (2-3 volte
DVD immagazzina 2 ore di film di alta qualità
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rispetto VCR)
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DVD ha una migliore qualità audio
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DVD definisce un formato per
D 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
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# 42
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Maggiore Densità
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
DVD-Video vs. DVD-ROM
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¾ DVD-Video (spesso chiamato semplicemente DVD) contiene
un
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filmati Video e viene letto in un lettore collegato al ltelevisore.
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de
¾ DVD-ROM contiene dati e viene letto da un drive
ze DVD-ROM
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collegato ad un PC.
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rtra
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La differenza è simile a quella
CD audio e CD-ROM.
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Di
Differenza tra DVD-Video e DVD-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 CAPACITA’ DI
MEMORIZZAZIONE
Curtin, cap. 5.6
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Juke Box
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Permette di selezionare e leggere automaticamente
dal
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CD di cui si ha bisogno
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Di
Mantiene in linea anche centinaia di CD
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# 46
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La gestione “gerarchica” della memoria
Criteri per valutare una memoria di massa:
¾ Tempo di accesso
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Per i dati di uso frequente conviene usare
nzdispositivi più
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veloci (e più costosi)
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Di
¾ Costo dei dispositivi
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IL BACKUP DEI DATI
Curtin, cap. 5.7
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
BACKUP
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Il valore maggiore di un sistema informatico è quello
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dei dati che contiene
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Possono verificarsi “incidenti” quali
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¾ Furto dei dischi o dei computer
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nt distruzione (deliberata
¾ Accesso non autorizzato con conseguente
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o meno) dei dati
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¾ Infezione da virus
Copia di salvataggio dei files più importanti.
¾ Impatto della testina sul disco (con conseguente distruzione
fisica di parte o di tutto il disco)
¾…
„
Spesso il supporto di backup è off-site (cioè fisicamente
lontano dal computer)
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
BACKUP: supporti di memorizzazione
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¾ HD
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¾ FD ad alta capacità (Iomega Zip, LS-120, …)
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¾ CD-ROM e DVD-ROM
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Ad accesso Sequenziale. Supporti economicamente
più
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convenienti
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¾ Nastri
Di
¾ Cassette
Ad accesso Diretto. Veloci, ma costosi
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Nastri e cassette magnetiche
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Nastri magnetici la memorizzazione avviene attraverso
ziola
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magnetizzazione della superficie del nastro
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¾ Sul nastro sono tracciate delle piste orizzontalilla parallele. Di
de
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solito, 9 piste parallele di cui 8 corrispondono ad
byte e la nona
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è il bit di parità.
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¾ capacità di memorizzazione di qualchentGb
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¾ tempi di accesso molto alti
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¾ possibilità di accedere ai datiDin modo solo sequenziale
¾ 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.
¾ La loro capacità varia da 120 MB a 35 GB
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