MODULO 13 - Le memorie secondarie

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Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Macerata, 24 novembre 2015
Le memorie secondarie
INSEGNAMENTO DI INFORMATICA – A.A. 2015-16
Francesco Ciclosi
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
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.»
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Le memorie secondarie
 Consentono di immagazzinare in modo
permanente dati e programmi non in uso
 Consentono di ricaricare, in qualsiasi momento,
dati e programmi dalla memoria centrale
 Comprendono due elementi distinti:
• Il dispositivo
• Il supporto di memorizzazione
 Sono anche dette memorie di massa, memorie ausiliari
o memorie esterne
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I dispositivi di memorizzazione
 Hanno la funzione di leggere e scrivere i 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
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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
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Dispositivi e supporti di memorizzazione
Supporto di memorizzazione
(CD-ROM)
Dispositivo di memorizzazione
(Lettore di CD-ROM)
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La memoria magnetica
 Sfrutta il fenomeno della polarità: due magneti
si attraggono o respingono a seconda che i poli
siano di segno opposto o uguale
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La memoria magnetica: funzionamento
 In 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)
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La memoria ottica (1/2)
 In sede di scrittura: la registrazione avviene tramite
un raggio laser che crea sottili scanalature sulla
superficie del disco
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La memoria ottica (2/2)
 In sede di lettura: un sottile raggio laser colpisce la
superficie del disco in rotazione che riflette una
certa quantità di luce:
• Maggiore se la zona colpita è una scanalatura
• Minore se la zona colpita è un intersolco
 Un rivelatore fotoelettrico misura i diversi gradi di
rifrazione della luce
 I circuiti elettrici convertono i quanto rilevato in
forma binaria
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La superficie di CD-ROM e DVD-ROM
 Le scanalature sono realizzate per pressofusione
 L’alternanza di zone chiare (intersolchi) e scure
(scanalature) rappresentano la sequenza binaria
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La memoria magneto-ottica (1/3)
 Unisce le caratteristiche della memoria magnetica
e di quella ottica
 Esistono due tipi di dischi magneto-ottici
• WORM (Write Once Read Many)  possono essere
magnetizzati una sola volta
• Riscrivibili  possono essere magnetizzati più volte
 Entrambe le tipologie consentono molteplici
letture
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La memoria magneto-ottica (2/3)
 In sede di scrittura:
1. Il laser dell’unità ha il compito di scaldare la superficie
del disco ottico fino a una data temperatura
2. La testina magnetica di lettura/scrittura procede alla
polarizzazione delle particelle
 In sede di lettura:
•
La testina magnetica di lettura/scrittura procede alla
rilevazione della polarizzazione delle particelle
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La memoria magneto-ottica (3/3)
 Quando la superficie del disco è raffreddata non
possono avvenire cambiamenti nella
polarizzazione delle particelle
 È impossibile che fonti magnetiche possano
cancellare e/o alterare i dati
 Il supporto è particolarmente sicuro
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La memoria a stato solido
 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
 Oggi le memorie flash sono
comunemente implementare
nelle chiavette USB
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I supporti di memorizzazione
 Supporti rimovibili
• Floppy disk
• Dischi ottici (varie tipologie)
 Supporti non rimovibili
• Hard disk (varie tecnologie)
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I floppy disk
 I primi floppy “flessibili” avevano un diametro
da 8 pollici e una capacità da 100KB
 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
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La struttura di un floppy disk
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I dischetti ad alta capacità
HiFD
Capacità: 200MB
LS-120 (Laser Servo)
Capacità: 120MB
Iomega ZIP
Capacità: 100MB
Sono tutti tipi di
supporto tra loro non
intercambiabili
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I dischi ottici
 Sono quei dischi che leggono e scrivono i dati
per mezzo di un laser
 Si dividono in grandi famiglie
•
•
•
•
CD-ROM e DVD-ROM
WORM
Dischi ottici cancellabili
Blu-Ray
 Sono rimovibili e molto capienti
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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
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Il laser negli elaboratori
 È in forma di diodi allo stato solido in cui gli
elettroni eccitati emettono fotoni
 Le radiazioni:
1. Passano in un canale strettissimo con estremità riflettenti
2. Rimbalzano da un lato all’altro
3. Si amplificano per l’interazione con altri fotoni
 La luce:
•
•
è emessa da un’estremità del diodo
È focalizzata da una lente in un raggio concentrato
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Il laser blu
 Ha una lunghezza d’onda molto più 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
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Le categorie di dischi ottici
 Dischi di sola lettura
 Dischi che possono essere registrati una sola volta
 Dischi che possono essere riscritti più volte
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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
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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
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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
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Registrazione e riscrittura
 Nella registrazione di un supporto, un 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
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I DVD
 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-RAM
• DVD+R/RW
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La differente densità di CD e DVD
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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 LayerSingle 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 implementarlo
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Comparazione tra i formati dei dischi ottici
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I dischi fissi
 Sono anche detti dischi rigidi o hard disk
 Sono le memorie di massa più utilizzate
 Nel corso del tempo le loro dimensioni si sono
rimpicciolite e la loro capienza è aumentata
Anno: 1987
Capienza: 20 MB
Costo: $ 6.500,00
Anno: 2015
Capienza: 3 TB
(3.145.728 MB)
Costo: $ 239,00
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Funzionamento di un disco fisso (1/5)
 Un HD classico è
costituito da una scatola
sigillata contenente uno o
più piatti (di vetro-ceramica o
di alluminio) rivestiti da un
sottile strato di materiale
magnetico
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Funzionamento di un disco fisso (2/5)
 I dati sono registrati nelle tracce: dei cerchi
concentrici ubicati sulle superfici di ogni piatto del
disco fisso
 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
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Funzionamento di un disco fisso (3/5)
 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
 L’insieme di porzioni di tracce contigue è detto
cluster
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La struttura di un disco fisso
LEGENDA:
A) Traccia
B) Settore
C) Settore di una
traccia (o anche
traccia di un settore)
D) Cluster
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Funzionamento di un disco fisso (4/5)
 Poiché le testine sono tra di loro solidali è
possibile scrivere o leggere
contemporaneamente su tutte le tracce che
costituiscono un cilindro
 Ad esempio:
• 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
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Funzionamento di un disco fisso (5/5)
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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)
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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
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Gli SSD (Solid State Disk)
 Utilizzano la memoria solida per la
memorizzazione dei dati (es: memoria flash)
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I vantaggi della tecnologia SSD





Assenza di rumorosità
Bassa probabilità di guasti
Consumi ridotti
Tempo di accesso ridotto
Maggiore resistenza alle vibrazioni
 IMPORTANTE: Fisicamente un HD SSD
non è un disco rigido (equivalenza funzionale)
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Saturazione dello spazio disco: problema
 A volte lo spazio che il disco fisso offre per la
memorizzazione dei dati non è sufficiente
 Si verificano due casi
1. Spazio esaurito  non è possibile salvare nuovi
file ed eseguire i programmi
2. Spazio quasi esaurito  rallentamenti e
malfunzionamenti del sistema
 Cosa si può fare per ovviare il problema?
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Saturazione dello spazio disco: soluzione
 Per ottenere «più» spazio disco si può:
1. Installare un nuovo disco fisso
2. Ricorrere alla compressione di disco e/o dei dati
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La compressione del disco (1/2)
 Comprime l’intero disco
 Quando eseguita, le operazioni di
compressione/decompressione diventano
automatiche
 I nuovi file vengono memorizzati nel disco
direttamente in forma compressa
 I file sono automaticamente decompressi in fase
di apertura
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La compressione del disco (2/2)
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La compressione dei file (1/2)
 Comprime solo specifici file
 Può agire a livello di filesystem oppure tramite
un (file) archivio compresso
 Nel caso dell’archivio:
1. Aggiungervi un file  comprimerlo
2. Rimuovervi un file  decomprimerlo
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La compressione dei file (2/2)
 Alcuni dei formati più
diffusi sono:
• ZIP, RAR, TGZ, LZH,
ARC
 Lo spazio recuperabile
dipende dal tipo di file
sorgente
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