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Contenuti L’informazione

La codifica dell’informazione

Codifiche numeriche: il sistema posizionale Codifiche alfanumeriche: il codice ASCII

Memorizzazione delle informazioni

Lo schema di Von Neumann Memoria Centrale

Memorie a linee di ritardo a mercurio Memorie a tubi catodici Memorie a nuclei magnetici Memorie a semiconduttore

Memorie ausiliarie Schede perforate Nastri magnetici Dischi magnetici Dischi ottici

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L’informazioneInformare : ‘dare forma a qualcosa’, modellare qualcosa di informe.

Se ad esempio abbiamo una opinione confusa su un determinato argomento, l’informazione può definirla meglio.

Nell’ambito della teoria dell’informazionequalunque cosa in grado di eliminare un’incertezza è

INFORMAZIONE

una notizia su un giornale la musica su uno spartito

I dati contenuti in un floppy

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L’ INFORMAZIONE come conoscenza di un fatto, è per sua natura astratta e, per divenire concreta necessita di:

Un linguaggio che le dia una forma comprensibile;

Un mezzo fisico in cui fissarsi (per esempio la pagina del giornale, lo spartito musicale, il disco magnetico).

La tecnica utilizzata per memorizzare l’informazione su un supporto fisico deve garantire la possibilità di trasferimento del contenuto dell’informazione stessa da un supporto ad un altro senza che esso si modifichi apprezzabilmente.

La forma del linguaggio utilizzato per codificare una informazione è puramente convenzionale cioè il linguaggio è costituito da simboli il cui significato è fissato. Tali simboli possono essere:

fonetici (vocali, consonanti, cifre parlate) ; grafici (vocali, consonanti, cifre scritte); luminosi (segnali realizzati con lampade o specchi); elettrici o elettromagnetici

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La codifica dell’informazione Codifiche Numeriche: il sistema posizionale

Il sistema posizionale (sistema in cui il valore attribuito a una cifra dipende dalla sua posizione all’interno del numero) fu ideato dai Sumeri (nel 3000 a.C. circa ) che utilizzarono la base 60 anziché la base 10;

L’abaco, il primo strumento di calcolo utilizzato per eseguire velocemente le operazioni aritmetiche elementari, utilizzava il sistema posizionale: di esso si hanno notizie già in testi cinesi del 1500 avanti Cristo.

Ogni pallina vale 5

Ogni pallina vale 1

unitàdecine

centinaiamigliaia

7 3 6 4

5

Nel 1642 Blaise Pascal, a soli 19 anni, utilizzò il sistema posizionale nella macchina Pascalina, la prima calcolatrice meccanica completamente automatica.

Per eseguire un’addizione bisognava impostare le cifre del primo addendo e poi del secondo sulle varie ruote. Il riporto veniva gestito da un dispositivo in grado di far avanzare di uno scatto (1 unità) una ruota, quando quella d’ordine immediatamente inferiore aveva compiuto un giro completo. Questa tecnica rimase per i successivi tre secoli alla base della concezione di ogni strumento di calcolo. La macchina non ebbe fortuna per l’elevato costo e per la sua complessità di utilizzo.

Si trattava di una macchina in grado di eseguire le addizioni tenendo conto automaticamente dei riporti. Era formata da 10 cilindri numerati da 0 a 9 e collegati tra loro da ruote dentate.Era presente una ruota per la cifra delle unità, una per la cifra delle decine, una per la cifra delle centinaia ecc. unità

decinecentinaiamigliaia

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Nel 1671: Gottfried Leibniz, a partire dalla macchina Pascalina , realizzò il calcolatore a scalini in grado di eseguire anche moltiplicazioni e divisioni. Neppure questa macchina ebbe successo.

Leibniz tuttavia introdusse il sistema che è ancora alla base del funzionamento di ogni calcolatore: il sistema di numerazione binario

Questo "lavoro" di Leibniz non solo anticipava di un secolo e mezzo la "logica binaria" di G. Boole (1855), ma anticipava quello che sarebbe stato poi il vero sistema di codifica delle informazioni (non solo numeriche) all’interno del calcolatore.

sistema di codifica numerica di tipo posizionale che utilizza due soli simboli (0 e 1) e opera in base 2.

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La codifica dell’informazione Codifiche Alfanumeriche: il codice ASCII

Nel luglio del 1960,l’americano Bob Bemer descrisse un sistema di comunicazione tra due computer nel quale il mittente comprimeva il testo ed il ricevente lo ricostruiva. Perché questo fosse possibile, era necessaria la creazione di un codice standard grazie al quale «le macchine potessero parlare con le macchine». Bemer individuò oltre 60 codici differenti allora esistenti e coordinò il gruppo di studiosi che lavorò alla realizzazione dell’ASCII.

Nel 1963 l'American National Standards Institute (ANSI) accettò l'ASCII (American Standard Code for Information Interchange) con codice a 7 bit per lo scambio d'informazioni, che diventa così uno standard mondiale, ancora in uso oggi.

Prima di allora ogni computer usava un suo sistema di rappresentazione dei dati, per cui per scambiare informazioni tra macchine diverse bisognava sempre utilizzare tavole di conversione.

L’IBM tuttavia su tutti i suoi prossimi sistemi mainframe e mini adotterà una codifica diversa, denominata EBCDIC (Extented Binary Code Decimal Interchange Characters).

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Codifiche Numeriche: il codice ASCII

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Memorizzazione delle informazioni Lo schema di von Neumann

Una delle innovazioni introdotte fu la RAM (Random Access Memory) cioè la memoria centrale o memoria di lavoro (allora memoria a nuclei magnetici), una memoria elettronica interna all’elaboratore destinata a contenere il programma.

L’idea fu quella di memorizzare all’interno del computer non solo i dati ma anche il programma che li doveva elaborare.

Nel 1946 John von Neumann (Univ.di Princeton) rimasto affascinato dall’ENIAC,il primo calcolatore digitale costruito utilizzando valvole termoioniche, iniziò la costruzione dell’ EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) , il primo elaboratore dotato di programmi memorizzati

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RAM (Memoria Centrale)

Unità di CalcoloINPUT OUTPUT

Memorie Ausiliarie

Elaboratore

il calcolatore (macchina per calcolare)

elaboratore (macch. per il trattamento delle informazioni)

diventa

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memoria centrale

memorie a tamburo magnetico

memoria a nuclei magnetici

memorie a semiconduttore

Memoria Centrale

Unità di CalcoloINPUT OUTPUT

Memorie Ausiliarie

memorie a tubi catodici

memorie a linee di ritardo a mercurioAnni ‘50

Anni ‘70

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La memorizzazione delle informazioni avveniva in sottili tubi che immagazzinavano i dati come onde sonore.

Si trattava di tubi riempiti di mercurio, che immagazzinavano gli impulsi elettronici; un apposito dispositivo riattivava l'impulso regolarmente, per permettergli di mantenere l'intensità iniziale.

Nel 1952 l’EDVAC memorizzava dati e istruzioni in una memoria composta da 128 linee di ritardo a mercurio (fu il primo computer a farlo), sotto forma di codice binario. Ognuna delle linee era capace 384 byte.

memorie a linee di ritardo a mercurio

memoria centrale

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Nel 1946 - 1947 F.C. Williams e T. Kilburn realizzarono la memoria a tubi catodici che permisero per la prima volta di realizzare memorie ad accesso diretto.

Esse si presentavano come schiere rettangolari (array) di bit (binary digit) presentati sullo schermo di un tubo a raggi catodici: l'accesso ai dati risultava immediato.

memorie a tubi catodici

Lo schermo del tubo a raggi catodici si presentava come array di bit : il simbolo "1" è un punto luminoso, il simbolo "0“ è un punto oscurato

memoria centrale

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memoria centrale

memorie a tamburo magneticoContemporanee alle memorie a tubi catodici, sono costituite da un cilindro con superficie laterale rivestita da un materiale ferromagnetico che ruota con velocità uniforme intorno al proprio asse, sotto una serie di testine magnetiche.La superficie laterale del cilindro era suddivisa in piste ottenute sezionando la superficie con piani perpendicolari all’asse ed equidistanti tra di loro; ogni pista era suddivisa in settori di lunghezza costante; per ogni pista era presente una testina di lettura-scrittura fissa per leggere o scrivere le informazioni di un settore quando questo passava sotto la testina stessa.Le testine magnetiche

scrivevano le informazioni sulla superficie del tamburo magnetizzando un punto sulla superficie;

leggevano le informazioni in pochi millesimi di secondi verificando lo stato di magnetizzazione della superficie del tamburo.

Lo scorrimento della testina sul tamburo provocava due problemi sufficientemente gravi: il danneggiamento per usura e la sequenzialità dell'accesso ai dati.

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memoria centrale

Gli anellini, attraversati da fili percorsi da corrente, venivano magnetizzati con uno stato che dipendeva dal verso della corrente. La magnetizzazione permaneva anche al termine del passaggio di corrente e poteva essere invertita inviando una corrente opposta a quella precedente.

memorie a nuclei magnetici

Anellini di ferrite

Ogni anellino, attraversato da due fili fra loro perpendicolari, memorizzava un bit.

Verso il 1955, negli elaboratori più evoluti, la memoria a tamburo venne sostituita dalla memoria a nuclei magnetici. Essa consentiva di registrare in poco spazio un numero molto maggiore di dati e di leggerli molto più velocemente.

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memoria centrale

1968: Robert Noyce e Gordon Moore fondarono una società chiamata INTEL Integrated Electronics) che iniziò la sua attività producendo RAM a semiconduttore.

memorie a semiconduttore (anni '70 )

La tecnologia dei semiconduttori, sviluppata con la costruzione dell’IBM 360 (il primo calcolatore commerciale a circuiti integrati), permise di realizzare delle memorie su chip che, in pochi anni, sostituirono quelle a nuclei.

La prima RAM a semiconduttore è del 1969: chiamata Intel 3101 aveva una capacità di 64 bit

Un inconveniente notevole delle memorie a nuclei magnetici era costituito dalle loro dimensioni e dall’onerosità dei sistemi per individuare il nucleo sul quale operare. Per quest’ultimo problema i nuclei venivano disposti in modo da costituire reticoli a due o più dimensioni.

Le memorie a nuclei magnetici sono state ampiamente utilizzate fino ai primi anni '70.

vantaggi: maggiore velocità di lettura-scrittura, un costo di produzione in costante diminuzione, un notevole guadagno intermini di spazio, la compatibilità con gli altri circuiti logici all’interno del calcolatore, la possibilità di realizzare i circuiti che realizzano l’indirizzamento e la selezione delle celle direttamente sul chip della memoria.

svantaggi: volatilità.

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Memoria ausiliaria

Memoria Centrale

Unità di CalcoloINPUT OUTPUT

Memorie Ausiliarie

dischi magnetici

dischi ottici

nastri magnetici

schede perforateAnni ‘50

Anni ‘90

Anni ‘80

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Memoria ausiliaria

Le schede perforate furono ideate da Joseph-Marie Jacquard nel 1804 per automatizzare le fasi di lavorazione delle macchine dello stabilimento di tessitura della azienda di Lione del padre. L’azienda produceva stoffe utilizzando telai di legno che dovevano seguire precise fasi di lavorazione. Jacquard realizzò un dispositivo in grado di dare ordini a una macchina perché eseguisse da sola il lavoro ripetitivo delle fasi di tessitura. Gli ordini per il telaio erano codificati e memorizzati su lunghe schede o nastri di cartone forato: ad ogni scheda corrispondeva un preciso disegno formato da forellini.

Schede perforate

Un dispositivo di lettura, formato da file di aghi comandati automaticamente, era in grado di tessere la trama di un tessuto secondo il disegno memorizzato sulla scheda.

I telai automatizzati di Jacquard rischiavano di gettare in miseria i 4/5 della popolazione di Lione. Il Consiglio della città gli ordinò di distruggerla. Tuttavia, nel 1812 operavano in Francia già 11000 telai a scheda perforata.

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Memoria ausiliaria

L’idea di Jacquard rimase confinata nel settore tessile finché non venne ripresa nei disegni della ‘Macchina Analitica’ di Charles Babbage che può essere considerata il primo vero precursore del moderno computer.

Professore di matematica all'università di Cambridge, Charles Babbage (1792-1871) si dedicò alla macchina analitica dal 1832.

Univa i vantaggi della scheda perforata e i concetti di base del calcolo automatico;

Rappresenta il primo computer digitale di applicazione generale

Schede perforate

Eseguiva ogni operazione matematica (era in grado di eseguire un’addizione in un secondo o una moltiplicazione in un minuto);

Poteva leggere le istruzioni che servivano per il suo funzionamento (programma) da un nastro perforato.

La macchina analitica:

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Memoria ausiliaria

Schede perforate

Ruote dentate che si bloccano su 10 posizioni (cifre da 0 a 9)

DATI

Schede precedentemente perforate

PROGRAMMA

Era dotata di:

Store: magazzino = memoria

Mill: mulino = ingranaggio = unità aritmetica

Stampava i risultati su schede perforate.

Era mossa da un motore a vapore

La macchina analitica:

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Memoria ausiliaria

perforò sulle schede i dati del censimento: ogni scheda rappresentava un individuo, e ogni foro rappresentava una risposta positiva o negativa ad una certa domanda (es: se maschio foro presente, se femmina foro assente);

Vinse Hollerith che utilizzò le schede perforate per registrare i dati del censimento

utilizzò una macchina elettronica di sua invenzione, il Lettore di Schede Perforate per rileggere i dati.

Schede perforateVerso la fine del 1800 le schede perforate furono riprese dallo statistico americano Herman Hollerith.La rivoluzione industriale aveva sconvolto il panorama geografico delle nazioni: le città e le fabbriche erano diventate sempre più importanti, mentre le campagne si erano spopolate. L'equilibrio sociale diventava sempre più complesso, anche a causa delle immigrazioni, e i governi dovevano conoscere, attraverso censimenti, la composizione delle società per poter prendere decisioni adeguate al momento giusto. Nel 1890 i servizi statistici degli Stati Uniti bandirono il concorso per la costruzione di un apparato che agevolasse il censimento della popolazione di New York e Baltimora.

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Memoria ausiliaria

Lettore di Schede Perforate

contava i fori sulle schede che corrispondono alle risposte dei moduli del censimento (un circuito elettrico veniva acceso o spento in base alla presenza o assenza dei buchi che la macchina leggeva elettricamente).

Risultati in soli 2 anni

Schede perforate

Tale risultato eccezionale fu ottenuto grazie al lettore che poteva esaminare fino a 800 schede al minuto (una velocità favolosa per quei tempi e impossibile agli uomini che per la precedente rilevazione avevano impiegato 7 anni).

I costi per il nuovo calcolo tuttavia si impennarono del 98% rispetto al censimento precedente perchè le macchine venivano usate più del possibile e l'uso di energia elettrica fu significativo.

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Memoria ausiliaria

Hollerit sfruttò economicamente il successo ottenuto:

estese l’utilizzo delle schede perforate al settore commerciale dando avvio alla meccanografia che si occupava di registrare le informazioni anziché eseguire calcoli e nel 1896 fondò una società che produceva macchine elettromeccaniche per la lettura delle schede perforate. La società dal 1924 prese il nome di IBM

cm 8,25

cm 18,73

Schede perforate

( International Business Machines)

Hollerit inoltre:

standardizzò la dimensione del formato delle schede perforate che fu fissato identico alle dimensione di una banconota da 1 dollaro di quel tempo. Tale formato è sopravvissuto fino alla definitiva scomparsa delle schede perforate, intorno al 1980.

Gli svantaggi più evidenti di schede e nastri perforati erano l'ingombro, la scarsa sicurezza, la fragilità e la flessibilità praticamente nulla (per modificare anche un solo dato occorreva riscrivere l'intero nastro o l’intera scheda).

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Memoria ausiliaria

Principio di scrittura/ lettura:

molto simile a quello delle cassette magnetiche musicali (queste ultime adottano tuttavia una rappresentazione di tipo analogico e non digitale).

Sono costituiti da una struttura continua di poliestere ricoperta da un materiale magnetizzabile e quindi capace di conservare il campo magnetico applicato.

Memorizzazione e accesso alle informazioni:solo di tipo sequenziale .

Nastri magnetici

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Memoria ausiliaria

Dischi magnetici: HARD DISKPer superare i limiti dell’elevato tempo di accesso delle memorie a nastro magnetico furono progettati i dischi magnetici che, tramite l’accesso diretto alle informazioni, permettevano la ricerca dei files in tempo reale.

La memoria a disco magnetico venne progettata da Jay Forrester e sperimentata con successo al MIT di Boston nel 1953.

HD a 14" da 200 Mbyte di un sistema IBM.

Un disco magnetico era costituito da una pila di dischi metallici rotanti ricoperti di materiale magnetico (ossido di ferro). I bit sul disco venivano memorizzati magnetizzando (negativamente o positivamente) il sottile strato di ossido di metallo. HD estraibile (prima metà degli anni '80)

costituito da una pila di dischi magnetici

Il primo Hard Disk venne:

prodotto dall'IBM

immesso sul mercato nel 1957

utilizzato sul sistema IBM 305 RAMAC

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Memoria ausiliaria

Dischi magnetici: HARD DISK

Le informazioni, memorizzate su microsco- piche areole della superficie ferromagnetica, venivano lette e registrate da una o più testine leggerissime e velocissime che sfio-ravano la superficie magnetizzata del disco a distanza di 0,5 micron. Il movimento del disco in rotazione e, al tem-po stesso, lo scorrimento radiale della testi-na permetteva di accedere in modo rapido a qualunque informazione presente sul disco.

Scrivere un bit del disco significa forzare lo stato di magnetizzazione di una cella in una certa direzione.

Leggere un bit del disco significa leggere lo stato di magnetizzazione della cella.

Una testina di questo tipo assomiglia, almeno in linea di principio, ad un’elettrocalamita miniaturizzata che agisce sulle singole areole magnetizzandole in uno dei due versi possibili. A ciascuna delle due direzioni di magnetizzazione dei domini magnetici del materiale corrisponde un valore dell’informazione binaria.

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Memoria ausiliaria

Furono realizzati anche formati a 3 pollici (Amstrad) e a 4 pollici (IBM verso la metà degli anni '80) ma non ebbero fortuna.

Nel 1950 Yoshiro Nakamatsu, un ricercatore dell'Università di Tokyo progettò il primo floppy disk.

Quando nel 1971 l’IBM inserì il floppy come parte standard del System/370, Yoshiro Nakamatsu reclamò di essere già pervenuto precedentemente al principio del floppy disk per cui l'IBM, prima di commercializzare il nuovo prodotto, dovette acquisire dal giapponese una licenza di vendita.

nel 1978 (Alan Shugart) 5,25 pollici

nel 1982 (Sony) 3,5 pollici

I floppy commercializzati dall’IBM nel 1971 erano nel formato a 8 pollici . Negli anni subirono 2 riduzioni:

Dischi magnetici: FLOPPY DISK

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Memoria ausiliaria Dischi magnetici: FLOPPY DISK

Floppy Disk da 8 polliciFloppy Disk da 5,25 pollici

Floppy Disk da 3,5 pollici

Nacquero nel 1971 come semplice ed economico sistema per caricare il microcodice sui mainframe System/370. Il compito poteva essere svolto dai nastri magnetici, ma erano ingombranti e lenti mentre l’ IBM cercava qualcosa di più veloce e adeguato.Capacità: 80256 800Kb

Il formato da 8 pollici era troppo grande per i calco-latori desktop che si stava-no sviluppando. Nel 1978 An Wang dei Wang Laboratories,guardando un tovagliolo, propose a Alan Shugart dell’IBM il nuovo formato che aveva la diagonale di 5¼ pollici (13 cm).Capacità: 110360Kb

Nel 1984 Apple Computer scelse il formato Sony 90.0 × 94.0 mm per i suoi computer Macintosh,imponendolo di fatto come formato standard negli Stati Uniti. Questo prodotto fu pubbli-cizzato e divenne popolar-mente conosciuto come il disco da 3½ pollici. Capac.: 3607201440Kb

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Memoria ausiliaria

La lettura avviene attraverso una testina laser che analizzando l'angolo di riflessione della luce sulla parte metallica del disco decodifica le informazioni.

La scrittura è possibile solo con i masterizzatori che danno al laser che normalmente legge una potenza maggiore per bruciare la superficie.

Costituiti da materiale argentato riflettente sui dischi ottici i bit vengono memorizzati sotto forma di piccole incisioni (pits) realizzate attraverso un sottilissimo raggio laser sulla superficie del disco che da lucida diviene così opaca.

Dischi otticiL'ultima generazione di supporti di memoria e' quella dei dischi ottici nati da una esigenza sempre crescente di elevate capacità di memoria.

Compact Disc Audio

CD-ROM

DVD (Digital Versatile Disk)

Prima utilizzati per la registrazione audio digitale poi per l'archiviazione dati,i dischi ottici sono suddivisibili in tre categorie:

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Memoria ausiliaria

Negli anni ‘70 la Philips si dedicò agli studi dei primi supporti ottici veri e propri, i CD-DA (Compact Disc-Digital Audio).La Sony si dedicò invece agli studi del campionamento digitale delle informazioni audio (tecnologia PCM) .

In seguito alla proposta di definizione di uno standard internazionale per la registrazione audio digitale, nel 1978 vennero scelti il tipo di materiale dei supporti (il policarbonato), le lunghezze d'onda, il tipo di laser da impiegare nella lettura e i parametri fisici e logici del supporto.

Philips e Sony si accordarono:• sulla frequenza di campionamento analogica (44,1 kHz);• sulla risoluzione digitale del campionamento PCM (16 bit); • sul diametro del supporto (12 cm); • sulla lunghezza del contenuto audio (non superiore ai 74 minuti e 30 secondi).

Il CD-DA venne:

• annunciato nel 1979, • definitivamente codificato nel 1980 e • lanciato sul mercato nel 1982.

Dischi ottici CD-DA (Compact Disk Digital Audio)

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Memoria ausiliaria

Nei CD e nei DVD le incisioni sul supporto di alluminio hanno un andamento a spirale dal centro verso l’esterno.

Dischi ottici CD-ROM e DVD

Questo risultato può essere ottenuto riducendo in maniera incredibile la dimensione dei pits (le incisioni elementari sulla superficie del disco) e la distanza tra le tracce.

Ciò non crea problemi dal punto di vista manufatturiero ma per la lettura di questi dischi, diventa necessario utilizzare un raggio laser dalla lunghezza d'onda minore, passando dai 780 nanometri del CD ai 650 del DVD.

Eppure il DVD contiene, nella sua versione minima, una quantità di dati di circa otto volte superiore a quella di un CD.

Guardando un DVD non si notano, per lo meno ad occhio nudo, apprezzabili differenze con un CD (hanno entrambi diametro di 12 cm e spessore 1,2 mm) .

Superficie di un CD Superficie di un DVD

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Memoria ausiliaria

CD-ROM

DVD

1983 (Compact Disk - Read Only Memory): la sua capacità è pari a 575 floppy disk da 1,44 Mbyte

Nei CD e nei DVD i dati sono memorizzati grazie a microscopici avvallamenti incisi con andamento a spirale dal centro verso l’esterno (densità costante), su un supporto ricoperto da uno strato di alluminio.

1996 (Digital Versatile Disk): rappresenta il naturale miglioramento della tecnologia CD-ROM

Dischi ottici CD-ROM

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RELAZIONI DI GRUPPO

ARGOMENTI:

Caratteristiche della memoria centrale di un computer (tipi di memoria, capacità, struttura ecc..)

Gli hard disk Le memorie esterne (USB): breve storia e tecnologia

adottata I formati CD/DVD (compresi gli sviluppi futuri) Masterizzazione: istruzioni per l’uso (*) Le schede di memoria (smart media, secure digital, ecc.):

storia, caratteristiche, applicazioni I sistemi di memorizzazione di grandi dimensioni

(Database): caratteristiche e applicazioni principali I sistemi di backup dati (es. nastri, DAT ecc.)

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RELAZIONI DI GRUPPO

TEMPI:

1 ora per la pianificazione: decidere la struttura della relazione (quali argomenti toccare), scegliere lo strumento con cui realizzarla (Word, Power Point…), dividersi gli argomenti e i compiti.

4 ore per la ricerca individuale delle informazioni e per la messa in comune

2 ore per la presentazione alla classe (circa 12’ a gruppo – attenzione!)

CONTENUTI:

La relazione deve illustrare lo stato attuale della tecnologia riguardo all’argomento scelto, partendo da uno sguardo al passato (sua introduzione, evoluzione, stato attuale)

Non si richiede l’approfondimento, ma la chiarezza: meglio poco e bene.

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RELAZIONI DI GRUPPO

STRUTTURA DELLA RELAZIONE

Titolo e autori Indice dei contenuti (anche semplice, ma ci deve essere) Esposizioni degli argomenti Riferimenti per approfondimenti (siti, libri, giornali ecc.)