La memoria in un disco
La fisica nei dati
Cosa c’entra la fisica?
Un compito importante della progettazione fisica
è quello di definire le strutture di
memorizzazione delle tabelle, cioè la
successione di elementi chiave che ha lo scopo
di individuare il valore associativo, infatti può
essere paragonata ad una funzione
matematica di tipo surgettivo, (organizzazione
primaria dei dati) e le strutture ausiliarie di
accesso ai dati (organizzazione secondaria dei
dati).
Memorizzazione magnetica
• Lettura e scrittura dei dati avvengono tramite
testine;
• Ogni testina è un elettromagnete che può
magnetizzare o smagnetizzare piccoli settori
dei piatti;
• C’è una testina per ogni faccia di un piatto.
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La memoria
Una struttura di memorizzazione per una tabella è una struttura di dati
che consente di salvare in memoria i dati della tabella. La memoria
degli attuali calcolatori si divide in secondaria e primaria:
- memoria primaria: permette un uso diretto e un accesso veloce da
parte del processore, è costosa e volatile, quindi funziona con la
corrente elettrica e dunque perde il suo contenuto se la corrente
viene a mancare. Esempi sono la RAM dinamica e quella statica.
- memoria secondaria: non permette un uso diretto da parte del
processore, ma il suo contenuto, per poter essere elaborato, deve
prima essere caricato in memoria, per cui l’accesso ai dati è più
lento. Questo tipo di memoria è poco costosa, ma permanente,
poiché non dipende dalla presenza di corrente elettrica. Esempi sono
i dischi magnetici, quelli ottici e i nastri.
Dischi magnetici, ottici e nastri
• Un disco magnetico memorizza una singola unità di
informazione (bit) magnetizzando opportunamente un’area
del disco.
• Nei dischi ottici la memorizzazione avviene tramite incisioni
operate da un laser sulla superficie metallica, quando le
informazioni devono essere riutilizzate il laser ripercorre la
superficie del disco e caratterizza le informazioni scritte
proiettando un raggio di luce, creando un angolo di
rifrazione.
• I nastri magnetici sono memorie di massa, realizzati con una
sottile striscia di plastica, rivestita di materiale magnetizzabile.
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Storia: i cambiamenti
Nel 1967 viene utilizzato per memorizzare i dati il
floppy disk, che ha un continuo sviluppo fino agli
anni 80, diventato sempre più piccolo e più
capiente viene usato come memoria di massa
economica. Negli anni novanta l’ aumento della
dimensione del software costrinse a distribuire
molti programmi su più di un floppy disk. La
distribuzione del software migrò gradualmente
verso i CD-ROM e furono introdotti nuovi formati di
backup con capacità maggiore. Con l’avvento delle
pen-drive USB, i floppy disk divennero obsoleti.
I supporti di memoria
In informatica e elettronica un supporto di
memoria o di informazione, è un dispositivo di
memorizzazione su cui si registrano
informazioni. Il termine è utilizzato soprattutto
in riferimento a file, audio e video.
Categorie di supporti
Un primo criterio utilizzato per distinguere i diversi
supporti considera la forma analogica o digitale
dell’informazioni memorizzata:
- Supporto analogico:
- Supporto digitale:
Un’altra distinzione che viene adoperata considera il tipo
di predisposizione del supporto di memoria ad essere
rimosso dal dispositivo che lo legge o lo scrive:
- Supporto non removibile
- Supporto removibile
Floppy disk
Il primo floppy disk fu inventato nel 1967 da Alan Shugart. In
questi dischi potevano essere memorizzati al massimo 360
Kb di dati. Erano ricoperti di una plastica molto flessibile,
infatti dall’unione delle parole Flexible Plastic Envelope
nacque il nomignolo di floppy. Quest’ultimo usa una
finissima base di materiale trattato con ossido di ferro, che
è un materiale ferromagnetico; può registrare informazioni
molto velocemente, ma può essere cancellato e riscritto
molte volte. Grazie alla sua struttura circolare permette un
accesso diretto e veloce ai dati. I dati sono memorizzati in
formato binario e in maniera persistente, grazie ad un
processo di magnetizzazione.
La magnetizzazione
La polarizzazione magnetica è un fenomeno che si manifesta in alcuni
materiali in presenza di un campo magnetico ed attraverso il quale è
possibile il magnetismo all’interno della materia. La magnetizzazione è
un processo con cui si conferiscono proprietà magnetiche a un corpo,
orientando i dipoli magnetici della struttura atomica grazie a un campo
magnetico esterno; la sua quantificazione è stabilita dalla intensità di
magnetizzazione, grandezza vettoriale che rappresenta il momento
magnetico (di un magnete, è una grandezza che quantifica la forza che
l’oggetto esercita su una corrente elettrica e la torsione che il campo
magnetico produce interagendo con esso) dell’unità di volume del
corpo, questa varia al variare della temperatura e del campo
magnetizzante.
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Componenti del floppy disk
Le componenti principali del floppy disk sono:
- Testine: una si occupa di leggere e scrivere i dati
l’altra provvede alla cancellazione delle tracce;
- Scheda elettronica: contiene tutti i componenti
elettronici per leggere e scrivere con le testine, ma
anche i controlli necessari all’accensione e allo
spegnimento dei motori;
- Motore del drive: un piccolo motore viene usato per
far girare il disco ad una velocità variabile tra 300 e
360 rotazioni al minuto.
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Hard disk
Un disco rigido o disco fisso, denominato anche hard disk drive, è
un dispositivo di memoria di massa di tipo magnetico che utilizza
uno o più dischi magnetizzati per l’archiviazione dei dati. E’
costituito da uno o più piatti in rapida rotazione, in alluminio o
vetro, rivestiti di materiale ferromagnetico e da due testine per
ogni disco, le quali leggono o scrivono i dati. La memorizzazione o
scrittura dell’informazione sulla superficie del supporto
ferromagnetico consiste nel trasferimento di un determinato
verso alla magnetizzazione di un certo numero di domini di
Weiss(piccole aree nella struttura cristallina di un materiale
ferromagnetico, i cui grani hanno un’orientazione magnetica).
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Hard disk
interno
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Il CD
Il compact disc, dall’inglese disco compatto, abbreviato a cd, è
una tipologia di disco ottico (a differenza dei floppy disk e hard
disk che sono tipologie di dischi magnetici) utilizzata in vari
ambiti per la memorizzazione dei dati in formato digitale. Un cd
è un semplice pezzo di plastica policarbonata, in cui una volta
che il pezzo di policarbonato è stato inciso con milioni di
bumps, uno strato di alluminio riflettente viene stampato per
coprire e proteggere i dati. Uno strato di acrilico ed infine
l’etichetta completano tutto. L’informazione viene letta a
seconda dell’angolo che occupa tramite il laser presente nel
lettore cd.
Cenni storici sul CD
Tra il 1961 e il 1969 David Paul Gregg sviluppò un
disco ottico analogico per registrare i video,ottenendo
il brevetto che divenne una sorgente di royalty per la
Pioneer; la società di Gregg e Gauss Electrophysics fu
acquisita dalla MCA. Parallelamente agli USA, un
piccolo gruppo di fisici iniziarono una serie di
esperimenti su videodischi ottici nei Paesi Bassi, nel
centro di ricerca della Philips.La Sony e la Philips
formarono un consorzio nel 1979 per lo sviluppo di un
disco audio digitale, che portò all’introduzione del
compact disc nel 1982.
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Il riproduttore di CD
Il lettore cd possiede un rotore (parte rotante attorno al proprio
asse di una macchina per la generazione o la trasmissione di
lavoro e energia) comprendente una pluralità di magneti
circondati da bobine di filo, che agisce come un elettromagnete.
Inoltre utilizza un motore brushless, motore elettrico a magneti
permanenti che non ha bisogno di contatti elettrici striscianti
sull’albero motore per funzionare. In questo tipo di motori i
magneti permanenti sono posizionati sul rotore e sono realizzati
con speciali materiali che permettono di avere un’inerzia
(resistenza di un corpo sottoposto ad accelerazione) rotorica
molto bassa e quindi un controllo estremamente preciso sia in
velocità che in accelerazione.
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Cos’è un magnete permanente?
• Un magnete permanente è costituito da materiale
ferromagnetico magnetizzato grazie a un campo
magnetico esterno di forte intensità. Il materiale
ferromagnetico duro che viene utilizzato mantiene
una parte della sua magnetizzazione anche
quando non è più sotto l’influenza di un campo
magnetico esterno.
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Gli elettromagneti
• Gli elettromagneti sono delle calamite molto potenti
costruite grazie a materiali ferromagnetici che
possiedono i valori massimi della permeabilità
relativa. Questi sono formati da un solenoide avvolto
attorno al nucleo di materiale ferromagnetico, che
amplifica di centinaia di volte l’intensità del campo
prodotto dalla sola corrente. Gli elettromagneti
vengono utilizzati in diverse situazioni poiché, agendo
opportunamente sulla corrente, si può modularne
l’intensità del campo fino ad annullarlo secondo le
necessità.
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Come è utilizzato un elettromagnete
nel funzionamento di una campanella.
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Il solenoide
•Un solenoide è un avvolgimento di filo elicoidale molto
compatto, che ha una certa estensione spaziale; la sua
lunghezza è molto maggiore del diametro delle sue
spire (anelli di materiale conduttore in grado di far
circolare corrente su di sé ). In ogni punto dello spazio
il campo magnetico è la somma vettoriale dei campi
prodotti dalle singole spire. Il modulo del campo
magnetico all’interno di un solenoide ideale con n spire
per unità di lunghezza e attraversato da una corrente I
è pari a:
B=μnI
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Struttura del solenoide
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La chiave USB
Una chiave USB è una memoria di massa portatile di dimensioni molto
contenute che si collega al computer mediante la porta USB. Essa include
in un involucro plastificato un connettore USB e della memori flash cioè
una memoria a semi-conduttori, non volatile e riscrivibile, quindi che ha le
stesse caratteristiche di una memoria RAM ( random access memory,
memoria ad acceso diretto) ma i cui dati non si volatilizzano se messa fuori
tensione. Così una chiavetta USB è in grado di immagazzinare fino a più
gigabyte di dati, sempre conservando i dati quando l’alimentazione
elettrica è interrotta, quindi quando la penna è scollegata. Inoltre alcuni
affermano che le chiavette USB da 2 gb in su, sono molti sensibili ai campi
magnetici, ma si tratta di intensità elevate di molto superiori a quelle
normalmente presenti in ambienti domestici e di lavoro, gli USB pen sono
più vulnerabili all’elettricità statica (accumulo superficiale e localizzato di
cariche elettriche su di un corpo composto da materiale isolante).
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Interno di una chiave USB
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Speriamo siate rimasti
“magnetizzati” da questa
presentazione!
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