20 Oct 2019 - 11:10--=[Computer]=----=[Computer]=----=[Musica]=----=[Musica]=----=[Geometra]=----=[Geometra]=----=[Download]=----=[Download]=----=[Link]=----=[Link]=----=[Articoli]=----=[Articoli]=--
Indice Computer Computer/ Hardware/ Memorie secondarie/


Le principali memrorie secondarie sono:
Vai Hard disk
Vai Floppy disk
Vai Cd
Vai Dvd

Una memoria secondaria ha le seguenti caratteristiche specifiche, che la differenziano dalla memoria centrale:
  1. non volatilità, i dati memorizzati non vengono persi allo spegnimento del calcolatore (perchè memorizzati in forma magnetica o ottica anzichè elettronica);
  2. grande capacità, il costo per bit di una memoria secondaria è minore (di diversi ordini di grandezza) rispetto alla memoria centrale;
  3. bassa velocità di accesso, itempi di accesso a una memoria secondaria sono maggiori (di qualche ordine di grandezza) rispetto alla memoria principale.


In pratica, i dati di una memoria secondaria per essere acceduti dal processore devono comunque transitare dalla memoria centrale.
La memoria secondaria memorizza tutti i programmi e i dati del calcolatore, la memoria centrale memorizza i programmi in esecuzione e i dati necessari per la loro esecuzione.


Gerarchie di memoria

La soluzione tradizionale per memorizzare una grande quantità di dati è la gerarchia di memoria. In cima ci sono i registri della CPU, a cui si può accedere a piena velocità. Poi c'è la memoria cache, che si aggira tra i 32 KB e alcuni MB. Segue la memoria centrale con dimensioni che vanno da 16 MB per i sistemi entry-level a decine di gigabyte per i sistemi ad alto livello. Poi ci sono i dischi magnetici, che servono per la memorizzazione permanente dei dati. Infine ci sono nastri magnetici e dischi ottici per la memorizzazione di archivi.
Man mano che ci si sposta verso il basso nella gerarchia aumenta il valore dei parametri fondamentali. Innanzitutto tutto aumenta il tempo di accesso. I registri della CPU sono accessibili in nanosecondi. Le memorie cache richiedono un piccolo multiplo dei registri della CPU. Gli accessi alla memoria centrale richiedono poche decine di nanosecondi. In conclusione possiamo dire che man mano che si scende nella gerarchia aumenta la capacità di memorizzazione e il tempo di accesso.

Hd Dischi rigidi

Un disco magnetico si compone di uno o più piatti di alluminio con un rivestimento magnetizzabile. Questi piatti raggiungono dimensioni che vanno dai 3 ai 12 cm. La testina di un disco, contenente un induttore, è sospesa appena sopra la superficie e viene sostenuta da un cuscino d'aria (nei floppy disk tocca la superficie). Quando la corrente negativa o positiva passa attraverso la testina, viene magnetizzata la superficie appena sotto la testina e le particelle magnetiche si allineano verso sinistra o destra a secondo della polarità della corrente di pilotaggio. Quando la testina passa sopra un'area magnetizzata viene indotta una corrente positiva o negativa nella testina e ciò permette di rileggere i bit memorizzati precedentemente.
Una sequenza circolare di bit scritta mentre il disco compie una rotazione completa viene chiamata traccia. Ogni traccia è divisa in settori di lunghezza fissa, che contengono tipicamente 512 byte di dati, preceduti da una introduzione, che permette alla testina di sincronizzarsi prima della lettura o scrittura. Ai dati segue un codice di correzione degli errori, (Error-Correcting-Code EEC) un codice che è in grado di correggere errori multipli chiamato codice Reed - Solomon. Fra i settori consecutivi si trova un piccolo spazio tra settori (intersector gap). Si può scrivere una traccia diversa ad ogni distanza radiale. Le tracce sono quindi una serie di cerchi concentrici attorno all'asse di rotazione. La larghezza di una traccia dipende da quanto è grande la testina e dall'accuratezza con cui si può posizionare radialmente la testina. I dischi posseggono tracce che variano da 800 a 2.000 tracce per centimetro, dove ogni traccia è larga da 5 a 10 micron (1 micron = 1/100 mm). Una traccia è semplicemente un anello di materiale magnetizzato con una piccola zona vuota "di guardia" che lo separa dalle tracce che ha intorno.

Hard disc

La densità lineare dei bit lungo la circonferenza della traccia è diversa di quella radiale e viene determinata in massima parte dalla purezza della superficie e dalla qualità dell'aria. I dischi di oggi, possono avere densità che si aggirano fra 50.000 e 100.000 bit/cm. Per ottenere la buona qualità della superficie e dell'aria vengono sigillati con unità (disk unit) si chiamano dischi Winchester. Gran parte dei dischi è composta da piatti multipli sistemati verticalmente. Ogni superficie è dotata di un braccio e di una testina. Tutte le braccia funzionano in gruppo e si muovono contemporaneamente. L'insieme delle tracce in una data posizione radiale si chiama cilindro.
Per leggere o scrivere un settore il braccio deve muoversi verso la posizione radiale corretta. Quest'azione si chiama ricerca. I tempi medi di ricerca fra tracce adiacenti si svolgono in meno di 1 msec. Una volta posizionata la testina radialmente c'è un intervallo chiamato latenza di rotazione, finché il settore desiderato non ruota sotto la testina. I tempi di trasferimento dipendono dalla densità lineare della velocità di rotazione. Con i tempi di trasferimento da 5 a 20 MB/sec. Un settore di 512 byte richiede fra 25 e 100 msec. Il tempo di ricerca e la latenza di rotazione dominano quindi il tempo di trasferimento.

Piatti

La velocità massima di burst è la velocità di trasferimento dei dati una volta che la testina ha raggiunto il primo bit di dati. Il calcolatore deve essere in grado di gestire dati che arrivano molto velocemente. L'unità disco però può sostenere quella velocità per un settore.
Mentre i dischi ruotano da 60 a 120 giri/sec si scaldano e si espandono cambiando la loro geometria fisica. Alcune unità devono ricalibrare periodicamente i loro meccanismi di posizionamento per compensare questa espansione, forzando le testine completamente all'esterno o all'interno. Queste ricalibrazioni possono creare molti problemi con le applicazioni multimediali, che richiedono un flusso di bit più o meno costante ad una velocità massima sostenuta. Per gestire le applicazioni multimediali alcuni produttori creano speciali audio-visual disk drive, che non sono dotati di queste ricalibrazioni termiche.
I cilindri vengono divisi in zone (tipicamente da 10 a 30 unità) e il numero di settori per traccia viene aumentato in ogni zona man mano che si procede verso l'esterno. Questo cambiamento rende più difficile la gestione, ma aumenta la capacità dell'unità. Tutti i settori sono della stessa misura.
Ad ogni unità viene associato un controllore del disco, un chip che controlla l'unità. Alcuni controlli contengono una CPU completa. Il controllore accetta i comandi dal software, come READ, WRITE, FORMAT, controlla il movimento del braccio, individua e corregge gli errori e converte i byte da 8 bit letti dalla memoria in un flusso di bit seriale e viceversa.

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Floppy Floppy disc

Con l'avvento dei personal computer sorse la necessità di distribuire il software. La soluzione si trovò nel dischetto o floppy disk, un mezzo piccolo e mobile che prende il nome dal fatto che i primi erano realmente flessibili.
Le caratteristiche generali corrispondono a quelli dei dischi appena descritti, tranne che, contrariamente agli hard disk dove le testine sono sospese appena al di sopra dalla superficie su un cuscino di aria che si sposta rapidamente, le testine dei floppy disk toccano i dischetti. Da questo ne risulta che sia il supporto magnetico che le testine si consumano abbastanza rapidamente. Per ridurre l'usura i personal computer ritirano le testine e interrompono la rotazione quando un unità non sta leggendo o scrivendo. Di conseguenza quando viene inviato il comando di lettura o scrittura c'è un ritardo di circa mezzo secondo mentre il motore acquista velocità.
Ne esistono di due misure: 5,25 pollici e 3,5 pollici. Ognuno di questi viene proposto in versione a bassa densità (Low Density - LD) e ad alta densità (Hight Density - HD). I dischetti da 3,5 pollici hanno sostituito quelli da 5,25 perché memorizzano più dati, sono più resistenti e protetti meglio.

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Cd Cd

Negli ultimi anni sono apparsi sul mercato i dischi ottici (invece che magnetici), che anno densità di registrazione molto più alte dei dischi magnetici tradizionali. I dischi ottici furono originariamente creati per registrare i programmi televisivi, ma possono essere usati come dispositivi per la memorizzazione nei calcolatori. Perché le loro capacità sono potenzialmente enormi.
I dischi ottici furono inventati dalla Philips.
Nel 1980 Philips insieme a Sony sviluppò i CD (Compact Disc), che hanno rapidamente sostituito i dischi in vinile a 33 1/3 giri per la musica. Tutti i CD hanno un diametro di 120 mm ed uno spessore di 1,2 mm con un foro di 15 mm in mezzo.
I CD vengono prodotti usando un laser a raggi infrarossi ad alta potenza che brucia fori di 0,8 micron di diametro in un disco master di vetro ricoperto. Da questo master viene poi ricavato uno stampo con dei solchi in corrispondenza dei fori fatti al laser. In questo stampo viene iniettata una resina liquida di policarbonato che forma un CD con la stessa sequenza di fori del master in vetro. In seguito viene depositato uno strato molto sottile di alluminio riflettente sul policarbonato, che verrà poi ricoperto da uno strato protettivo e infine da una etichetta. Le depressioni del substrato di policarbonato si chiamano pit e le aree non bruciate fra i pit si chiamano land.
Quando il CD viene riprodotto (suonato) un diodo laser a bassa potenza manda una luce infrarossa con una lunghezza d'onda di 0,78 micron su pit e land mentre scorrono via. Il laser si trova sul lato del policarbonato, quindi i pit appaiono dalla parte del laser come cunette su una superficie altrimenti piatta. Poiché i pit sono alti circa un quarto della lunghezza d'onda della luce laser, la luce che riflette da un pit è fuori fase di mezza lunghezza d'onda rispetto alla luce che viene riflessa dalla superficie circostante. Ne risulta che le due parti interferiscono in modo negativo e riflettono meno luce al fotolettore del CD.
I pit e land vengono scritti in una spirale unica continua che inizia vicino al foro centrale e continua per una distanza di 32 mm verso il bordo. La spirale compie 22.118 giri attarno al disco (circa 600 per ogni mm).

Pie e land

Per far si che la musica suoni a velocità uniforme è necessario che pit e land scorrono ad una velocità lineare costante. La velocità di rotazione di un CD deve pertanto venire costantemente diminuita man mano che la testina si sposta all'interno del cd verso l'esterno. All'interno la velocità di rotazione è di 530 giri/minuto per ottenere la velocità di scorrimento desiderata 120 cm/sec, mentre all'esterno deve scendere a 200 giri/minuto per ottenere la stessa velocità lineare alla testina.
Nel 1984 Philips e Sony idearono i CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory) per la memorizzazione dei dati informatici. Questi dovevano avere le stesse dimensioni fisiche dei CD audio, essere compatibili con loro sia meccanicamente che otticamente ed essere prodotti usando le stesse macchine a stampo di policarbonato.
Il formato base di un CD-ROM si basa sulla codifica di ogni byte con un simbolo di 14 bit. Ogni settore di CD-ROM inizia con un preambolo di 16 byte, di cui i primi 12 sono 00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00 (esadecimale) per permettere al CD player di riconoscere l'inizio di un settore. I 3 byte successivi contengono il numero del settore. L'ultimo byte codifica la modalità di registrazione.
Le unità CD-ROM a velocità base (single speed) funzionano a 75 settori/sec, cioè i dati sono forniti alla velocità di 153.600 byte/sec. Le unità double speed sono doppiamente veloci.
Nel 1986 aggiungendo la grafica e la possibilità di mischiare audio video nello stesso settore. Per permettere l'uso dello stesso CD-ROM su calcolatori diversi idearono il file system. Per ottenere questa compatibilità i rappresentanti di molte ditte di calcolatori crearono un file system che chiamarono High Sierra che in seguito divenne uno standard internazionale (IS 9660).
I CD-ROM vengono usati molto frequentemente per pubblicare giochi, film, enciclopedie e pubblicazioni di tutti i tipi. Gran parte del software disponibile oggi su mercato viene proposto su CD-ROM. La combinazione delle ampie capacità con i bassi costi di produzione ne fanno un mezzo adatto ad innumerevoli applicazioni.


CD-Recordable

Inizialmente le attrezzature necessarie a produrre un CD-ROM master (per CD audio), erano estremamente costose. Questi dispositivi sono diversi dai dischi magnetici perché, una volta scritti, i CD-ROM non si possono cancellare. Nonostante questo hanno trovato presto un angolo di mercato, come il backup per i dischi fissi di grosse dimensioni. Essi permettono inoltre ad individui o a piccole aziende di produrre i loro CD-ROM in piccole serie o di produrre originali da consegnare a grossi impianti commerciali di duplicazione dei CD. Queste unità vengono chiamate CD-R (CD-Recordables). Fisicamente i CD-R vergini sono dei dischi di policarbonato di 120 mm che assomigliano ai CD-ROM, solo che contengono un solco largo 0,6 mm che guida il laser per la scrittura. Il solco ha un' escursione sinusoidale di 0,3 mm ad una frequenza di 22,05 kHz esattamente per fornire un feedback, in modo che la velocità di esecuzione si possa controllore e regolare accuratamente. I CD-R assomigliano a normali CD-ROM ma sono dorati in superficie invece che argentati. Il color oro deriva dall'uso di oro invece che alluminio per lo strato riflettente. Diversamente dai CD argentati, che hanno depressioni sulla superficie, sui CD-R la riflettività di pit e land deve essere simulata. Questo si ottiene aggiungendo uno strato di colore fra il policarbonato e lo strato riflettente dorato. Vengono utilizzati due tipi di colori: ciano che è verde, e ptalociano che è giallo arancione.
Al suo stato iniziale lo strato di colore è trasparente e lascia passare la luce laser che poi verrà riflettute allo strato dorato. Per scrivere il laser viene portato ad una alta potenza (8-16 mW). Quando il raggio colpisce un punto sulla superficie colorata, la scalda e rompe un legame chimico, creando una macchia scura. Quando il disco viene riletto (a 0,5 mW) il fotolettore vede la differenza fra le macchie scure, dove il colore è stato colpito, e le zone trasparenti, dove invece è intatto. Fu ideato un nuovo formato, CD-ROM XA, che permette ai CD-R di essere scritti in modo incrementale, si possono scrivere i settori in tempi diversi. Un gruppo di settori consecutivi scritti nello stesso momento si chiama CD-ROM track.

Riscrivibile




CD-Rewriteable

Il CD-RW (a differenza dei CD-R che utilizza il colore ciano o ptalaloncino) utilizza una lega di argento, indio, antimonio e tellurio per lo strato di registrazione. Questa lega ha due strati stabili: lo strato cristallino e quello amorfo con opacità di riflessione diverse.
Le unità dei CD-RW usano laser con tre potenze diverse. Ad alta potenza il laser scioglie la lega e la trasforma dallo stato cristallino con elevata opacità di riflessione allo stato amorfo con limitata capacità di riflessione per rappresentare un pit. A potenza media la lega si scioglie e si riforma nel suo stato cristallino naturale per ridiventare un land. A bassa potenza lo stato del materiale viene rilevato, ma non si verifica nessuna fase di transizione.
Il motivo per cui i CD-RW non hanno sostituto i CD-R è che i CD-RW vergini sono molto più costosi. Inoltre, per le applicazioni per cui si deve fare il backup di un disco fisso, il fatto che un CD-R scritto non si può più cancellare.

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Dvd Dvd

La coesistenza tra le possibili tecnologie e la richiesta da parte di industrie molto potenti e facoltose ha portato al DVD (Digital Versatile Disk). I DVD utilizzano lo stesso progetto dei CD, con un disco da 120 mm di policarbonato stampato a iniezione con pit e land che viene illuminato da un diodo laser e letto da un fotolettore. Le innovazioni consistono in:
  • Pit più piccoli (0,4 micron contro 0,8 micron dei CD);
  • Una spirale più serrata (0,74 micron fra tracce contro 1,6 micron dei CD);
  • Raggio laser rosso (a 0,65 micron contro 0,78 dei CD).

Insieme, questi miglioramenti aumentano la capacità dei DVD di sette volte fino a raggiungere 4,7GB. Un'unità DVD 1X funziona a 1,4 MB/sec (contro 150 KB/sec dei CD). Sfortunatamente il passaggio a i raggi laser rossi richiede ai DVD player un secondo laser o un dispositivo ottico sofisticato per la conversione per essere in grado di leggere i CD e i CD-ROM. La lettura di un CD-R è CD-RW su un unità DVD non è sempre possibile.
Un disco DVD di 4,7 GB è in grado di contenere 133 minuti di video fullscreen e fullmotion ad alta risoluzione (720 x 480), oltre alle colonne sonore in otto lingue e sottotitoli in altre trentadue. Per poter mettere più film sullo stesso disco sono stati scelti 4 formati:
  1. Lato unico, strato unico (4,7 GB);
  2. Lato unico, strato doppio (8,5 GB);
  3. Due lati, strato unico (9,4 GB);
  4. Due lati,strato doppio (17 GB).

La tecnologia dello strato doppio consiste in uno strato riflettente su fondo coperto da uno strato semiriflettente. A seconda di dove viene indirizzato il laser, il raggio viene riflesso da uno strato o dall'altro. Lo strato inferiore richiede pit e land leggermente più grandi perché possa essere letto in modo affidabile, per cui la sua capacità è leggermente inferiore e quello dello strato inferiore.
I dischi a due lati vengono costruiti prendendo due dischi a lato unico di 0,6 mm e incollandoli insieme sul dorso. Per uniformare gli spessori di tutte le versioni, un disco a lato unico è composto da un disco di 0,6 mm incollato ad un substrato vuoto.

Dvd

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