MODULO 13 --> Le memorie secondarie
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Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Le memorie secondarie
INSEGNAMENTO DI INFORMATICA – A.A. 2015-16
Francesco Ciclosi
Macerata, 24 novembre 2015
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
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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Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
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
LS-120 (Laser Servo)
Capacità: 120MB
Iomega ZIP
Capacità: 100MB
HiFD
Capacità: 200MB
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+R/RW
• DVD-RAM
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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 Layer-
Single 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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