1 Prof. Alberto Postiglione Dipartimento di Scienze della Comunicazione Corso di “Informatica Generale” (AA 07-08) Corso di Laurea in “Scienze della Comunicazione” Università degli Studi di Salerno Modulo 1: Le I.C.T. UD 1.4h: Memoria di Massa COME VENGONO MEMORIZZATI I DATI Curtin, cap. 5.1
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1.4h - Memoria di Massa - dsc.unisa.itdsc.unisa.it/alberto/Alberto/07-08/Lucidi/2 DIA/1.4h - Memoria di... · dispositivo d'ingresso (input) e/o di uscita (output). D i p a r t i
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Prof. Alberto Postiglione
Dipartimento di Scienze della Comunicazione
Corso di “Informatica Generale” (AA 07-08)
Corso di Laurea in “Scienze della Comunicazione”
Università degli Studi di Salerno
Modulo 1: Le I.C.T.
UD 1.4h: Memoria di Massa
COME VENGONO MEMORIZZATI I DATI
Curtin, cap. 5.1
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Gerarchia delle Memorie
Esistono tre tipi di memoria:La memoria interna al processore (cache e registri) che serve per velocizzare l’elaborazione (cache) e porgere i dati al processore e memorizzarne le risposte (registri)la memoria centrale (memoria principale o di lavoro), utilizzata per memorizzare i programmi in esecuzione e i relativi datila memoria di massa (memoria secondaria o archivio), utilizzata per memorizzare in modo perenne grandi quantità di dati
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Necessità della Memoria di Massa
La RAMper quanto grande possa essere, non può contenere tutti i programmi, i documenti e gli altri files dell’utenteè una memoria volatile, cioè perde tutti i dati non appena il computer viene spento.
E’ quindi necessario disporre di supporti che consentano di memorizzare grandi quantità di byte e che li conservino anche quando il computer è spento
Tali supporti sono le memorie di massa (dette anche ausiliarie, esterne, secondarie)
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Componenti di una Memoria di Massa
Fisicamente le Memorie di Massa presentano due elementi distinti:
Il dispositivo di lettura/scrittura (detto anche driver)Il supporto di memorizzazione vero e proprio (il CD, il FD, ecc…)
Scrivere significa copiare dati dalla RAM al supportoLeggere significa copiare dati dal supporto alla RAM
Nell‘architettura di von Neumann, quando ci si riferisce alla memoria, s'intende la memoria centrale, mentre si considera la memoria secondaria alla stregua di un dispositivo d'ingresso (input) e/o di uscita (output).
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Tipi di Memoria di Massa
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Magnetica
Una particella magnetica ha due poli, uno negativo e uno positivo.
Due particelle magnetiche si attraggono o si respingonose i poli accostati sono di segno opposto o uguale.
Il disco è un supporto magnetico, cioè la sua superficie presenta tante piccole particelle magnetiche, messe una accanto all’altra, allineate in uno dei due possibili versi (il tipo di allineamento corrisponde al valore del bit da memorizzare)
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Magnetica
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# 9UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Magnetica
In fase di scrittura, mentre il disco gira una testina di lettura/scrittura emette piccoli impulsi elettrici. Questi impulsi hanno l’effetto di invertire la polarità delle particelle che incontrano sulla superficie del disco.
In fase di lettura avviene il processo inverso: le particelle magnetizzate inducono nella testina una corrente elettrica che viene trasmessa come una successione di 0 e di 1.
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# 10UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Magnetica
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# 11UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Ottica
Sono dischi (CD e DVD) in cui la memorizzazione avviene alterando o meno la superficie tramite la luce prodotta da un raggio laser.
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# 12UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Ottica
Scrittura dei dati binariSulla superficie del disco vengono incisi dei buchi (o scanalature)che rappresentano il bit 1, l’assenza della scanalatura (dettaintersolco) rappresenta il bit 0
Lettura dei dati binariIl raggio laser in fase di lettura colpisce la superficie del disco, che riflette più o meno luce a seconda che il raggio colpisce un intersolco o una scanalatura.Un dispositivo, il rivelatore fotoelettrico, misura i diversi gradi di rifrazione della luce, che vengono poi trasformati in bit.
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# 13UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Memorie allo stato solido
Memoria Flash, dispositivi recenti (Pen Drive USB, ma anche memorie dei cellulari o delle fotocamere digitali)
Simile alla RAM Statica Non è volatilePiù lenta delle RAM classichePiù veloce delle memorie di massa (non hanno parti mobili come la testina)Facilmente “deteriorabili”, a causa della modalità di scrittura
LE CARATTERISTICHE DELLA MEMORIA
Curtin, cap. 5.2
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# 15UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Modalità di Accesso ai Dati
Accesso Diretto o Sequenziale
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# 16UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Strutturazione del Supporto
Organizzazione in tracce circolari e settori (solo per le memorie magnetiche)
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# 17UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Velocità di accesso ai dati
Velocità di accesso come somma di tre tempi (solo per le memorie magnetiche):
Tempo di ricerca della traccia (Seek o posizionamento)Tempo di latenza (dipendente dalla velocità di rotazione)Velocità di trasferimento
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# 18UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Capacità e Rimovibilità (online e offline)
Capacità: quanti dati possono essere memorizzatiRimovibilità: alcuni supporti possono essere rimossi (FD, CD, DVD) e fungere da memoria off-line. La memoria on-line è invece quella sempre direttamente disponibile.
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# 19UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Caratteristiche delle memorie: riepilogo
Velocità di accesso: quanto tempo occorre per raggiungere un dato (1 msec = 10-3 sec; 1 nsec = 10-9 sec)
Taccesso a memoria centrale » 0.5 - 1 nsec (nanosecondi)Taccesso a dischi fissi » 5-10 msec (millisecondi)Taccesso a dischetti (floppy) » 100 msec
Capacità: quanti dati possono essere memorizzatiCapacità Memoria Centrale » da 32 MB a 16 GBCapacità disco fisso » 40 – 320 GbyteCapacità disco floppy » 1,4 Mbyte
Volatilità: perdita dei dati quando si spegne l’elaboratoreCosto: costo per singolo dato memorizzabile
I DISCHETTI
Curtin, cap. 5.3
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# 21UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Floppy Disk
Capacità molto ridotta: 1,44 Mbytes!
Costituito da un sottilissimo foglio di plastica speciale sulla quale si trova una sostanza magnetica.
Ruota ad una velocità costante (circa 300 giri al minuto).
Strutturato in facce, tracce, settori:Facce corrispondono alle due superfici di memorizzazione.Tracce Su ciascuna faccia vi sono un insieme di cerchi concentrici (tracce), da 40 a 80 a seconda del tipo di dischetto.Settori Le tracce sono suddivise in settori della dimensione di 512 byte.
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# 22UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Floppy Disk
70.000 FD (da 1,44 MB) per contenere la stessa quantitàd’informazione di un HD da 100 GB (100.000 MB)!
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# 23UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Floppy Disk
Un FD è un supporto ormai inadeguato alle nuove esigenze di memorizzazione di programmi e di dati
Preistoria dell’Informatica. Introdotto nel 1984 (Circa 15 GENERAZIONI fa!)
Quando è stato introdotto i computer presentavanoCPU Intel 80386 da 16 MHz con 275.000 transistorDischi fissi di capacità massima di 20 MBSistema operativo MS-DOS non GUIMonitor a caratteri (24 linee x 80 colonne)
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# 24UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Altre Memorie Rimovibili
Cartucce ZIP Iomega e Jazz: servono principalmente per fare il back-up dei dati e per memorizzare programmi molto grandi .
Le prime contenere 100 o 250 MB di dati e programmi, le seconde 1 o 2 GB.
Floppy disk LS 120 o LS 240: possono contenere fino a 120 MB di dati o 240 MB di dati e programmi. Stessa forma, peso e dimensioni di un FD da 3,5 pollici.
Pen Drive: Memorie Flash rimovibili veloci (su porta USB) e capienti (qualche GB) che di fatto hanno sostituito tutte le Memorie esterne.
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GLI HARD DISK
Curtin, cap 5.4
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# 26UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Interazione tra RAM e Memoria di Massa
Quando si utilizza un programma per il trattamento di un documento (ad esempio un file di testo) bisogna:
Caricare in RAM il documento già esistente e presente su disco (in alternativa creare un nuovo documento vuoto) Aggiornarlo, apportando tutte le modifiche necessarie, e questo avviene in RAM utilizzando il programmaSalvare il documento modificato, cioè memorizzare su disco il documento modificato.
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# 27UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Hard Disk
Contenitore a chiusura ermetica nel quale trovano postopiù piatti con due superfici ciascuno rivestite da uno strato di materiale magnetico che ruotano attorno ad un perno centrale e distanti tra loro di qualche millimetro.
Ogni superficie dispone di una propria testina di lettura/scrittura che si può spostare radialmente.
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# 28UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Hard Disk
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# 29UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Organizzazione di un Hard Disk
I dati sono registrati sulla superficie del piatto in centri concentrici, detti tracce e in spicchi di uguale capacità (settori). Tipiche capacità per un settore sono 512, 1024, 2048 e 4096 bytes
L’insieme di tutte le tracce poste sulla stessa verticaleprende il nome di cilindro.
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# 30UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Le tolleranze del Disco Fisso
Il disco è in continua rotazione (3600, 5000, 7200 e anche 10000 giri al minuto).
Le testine di lettura/scrittura non vengono mai a contatto diretto con la superficie del disco, ma girano su un cuscinetto d’aria molto sottile
Come se un aereo viaggiasse ad altissima velocità a pochicentimetri dal suolo
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# 31UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Le tolleranze del Disco Fisso
Una piccola particella può far entrare in contatto testina e disco.
Un incidente del genere (il disco ha una velocità di quasi 100 Km/h) può provocare danni irreparabili (Crash della testina).
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# 32UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
I Controller del Disco Fisso
Controller è l’interfaccia tra dischi e computer centrale.EIDE (o ATA) che può gestire 4 HD /CD /DVD
EIDEUltra ATA 133Serial ATA
SCSI che può gestire 16 HD /CD /DVDUltraWideUltra 320
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# 33UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Memorie RAID
Redundand Array of Independent DiskInsieme di dischi a basso costo collegati tra di loroche vengono visto come una o più unità
VelociEconomiciProteggono i dati
Memorizzandoli più volte su dischi diversi (mirroring)Suddividendo i dati in più parti e memorizzando le varie parti su dischi diversi (sezionamento o striping)
Prevengono malfunzionamenti dovuti al guasto di un singolo disco (che può addirittura essere sostituito con il sistema in funzione)
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# 34UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Formattazione e Partizionamento
Formattazione (necessaria per poter utilizzare il disco)Basso livello che viene fatta direttamente in fabbrica e chedivide i dischi in tracce e settori. Viene inoltre creata la tabelladei Bad Blocks.Logica che viene fatta dall’utente e predispone la creazione di particolari settori riservanti del disco:
Boot sector contiene i comandi di sistema necessari all’avviamento del PC. File Table tabella necessaria per la gestione del disco, contiene: nomedei file, dimensioni, data/ora di creazione e aggiornamento, tipo del file, settore iniziale, concatenamenti
PartizionamentoUna partizione di un disco è una sua suddivisione in una o più zone, ognuna delle quali può contenere ed essere gestita da un differente sistema operativo
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# 35UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Bad Blocks
Bad BlocksIl software di gestione della periferica (il drive) gestisce la tabella (interna) dei settori danneggiati (Bad Blocks), che sono settori che non possono essere più utilizzati a causa di imperfezioni di superficie. Questa tabella è creata durante la formattazione a basso livello è aggiornata durante le operazioni di formattazione ad alto livello (o a seguito di operazioni di analisi approfondita della superficie del disco)
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# 36UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Tempo di accesso al disco
Per effettuare il trasferimento dei dati in RAM occorre disporre di un’area di memoria (buffer) di dimensioni pari al blocco (quantità di dati che viene tasferita con una sola operazione. Spesso corrisponde ad un settore).
1. spostamento della testina (seek) verso la traccia richiesta;2. attesa che il settore arrivi sotto la testina;3. trasferimento dei dati in / da memoria centrale, solitamente
eseguito da un processore dedicato (Direct Memory Access, DMA).
Calcolo del tempo di accesso:Ti/o = Tseek + (Trotazione / 2) + Ttrasferimento (Tseek è il più lungo)
Tseek (15 ms – 1 ms)Latenza di rotazione (6 ms – 3 ms) 5000 – 10000 RPMVelocita’ di trasferimento (misurata in MByte al secondo)
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DISCHI OTTICI
Curtin, cap. 5.5
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# 38UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
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Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Dischi ottici
La struttura di questi dischi è paragonabile a quella dei dischi musicali, infatti i dati sono ordinati lungo un’unica traccia a forma di spirale.
Storia dei Dischi ottici1982, CD audio1985, CD-ROM (Compact-Disk Read-Only Memory) e CD-WORM (WORM: Write Once Read Many)1996, CD-RW (RW: Read Write), cioè CD riscrivibili più volte.1997, DVD-ROM
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# 39UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La Memoria Ottica
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# 40UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
CD-ROM
Sono trasportabili, economici e possono contenere da 650 fino a 800 MB di dati e programmi.
I CD-ROM sono di sola lettura mentre CD Scrivibili e i CD-Riscrivibili possono essere anche scritti utilizzando appositi dispositivi chiamati masterizzatori
Velocità di trasferimento: Originariamente 150 Kbyte / secondo ( “1x” ); Oggi: 12, 16, 24, …, 52 volte tanto…
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# 41UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
DVD-Rom
DVD (Digital Versatile Disk)Evoluzione del CD-ROMCapacità fino a 17 Gbyte (26 volte quella di un CD)Velocità di trasferimento molto elevata
I DVD sono nati come supporto per filmati in alta risoluzione.
I DVD non possono essere letti dai lettori CD-ROM, ma richiedono unità apposite, mentre è possibile il contrario.
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# 42UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Vantaggi di un DVD su un CD e su un VCR
DVD e CD-ROM hanno simile supporto fisico (120 mm di diametro)DVD maggiore capacità di archiviazione (fino a 26 volte)DVD immagazzina 2 ore di film di alta qualità (2-3 volterispetto VCR)DVD ha una migliore qualità audioDVD definisce un formato per la gestione multilinguedell’audio di un film e dei sottotitoliDVD può essere connesso a TVDVD presenta minor usura dei VCRDVD può contenere datiDVD-ROM legge CD-ROM e CD audio
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# 43UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Maggiore Densità
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# 44UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
DVD-Video vs. DVD-ROM
Differenza tra DVD-Video e DVD-ROM: DVD-Video (spesso chiamato semplicemente DVD) contiene filmati Video e viene letto in un lettore collegato al televisore.DVD-ROM contiene dati e viene letto da un drive DVD-ROM collegato ad un PC.
La differenza è simile a quella tra CD audio e CD-ROM.
Il numero di drive DVD-ROM è molto maggiore di quello dei lettori DVD-Video. I lettori DVD-ROM possono leggere i DVD-Video (se il PC è abbastanza potente con una scheda di decompressione MPEG)
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AUMENTARE LA CAPACITA’ DI MEMORIZZAZIONE
Curtin, cap. 5.6
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# 46UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Juke Box
Mantiene in linea anche centinaia di CDPermette di selezionare e leggere automaticamente dal CD di cui si ha bisogno
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# 47UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
La gestione “gerarchica” della memoria
Criteri per valutare una memoria di massa: Tempo di accessoCosto dei dispositivi
Per i dati di uso frequente conviene usare dispositivi piùveloci (e più costosi)
IL BACKUP DEI DATI
Curtin, cap. 5.7
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# 49UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
BACKUP
Copia di salvataggio dei files più importanti.Il valore maggiore di un sistema informatico è quello dei dati che contienePossono verificarsi “incidenti” quali
Furto dei dischi o dei computer Accesso non autorizzato con conseguente distruzione (deliberata o meno) dei datiInfezione da virusImpatto della testina sul disco (con conseguente distruzione fisica di parte o di tutto il disco)…
Spesso il supporto di backup è off-site (cioè fisicamente lontano dal computer)
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# 50UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
BACKUP: supporti di memorizzazione
Ad accesso Diretto. Veloci, ma costosiHDFD ad alta capacità (Iomega Zip, LS-120, …)CD-ROM e DVD-ROM
Ad accesso Sequenziale. Supporti economicamente piùconvenienti
Nastri Cassette
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# 51UD 1.4h Prof Alberto Postiglione – Dipartimento di Scienze della Comunicazione – Università Salerno
Modificata il 21/11/2007
Modulo 1: Le I.C.T. - Memoria di Massa
Nastri e cassette magnetiche
Nastri magnetici la memorizzazione avviene attraverso la magnetizzazione della superficie del nastro
Sul nastro sono tracciate delle piste orizzontali parallele. Disolito, 9 piste parallele di cui 8 corrispondono ad un byte e la nona è il bit di parità.capacità di memorizzazione di qualche Gbtempi di accesso molto altipossibilità di accedere ai dati in modo solo sequenzialemolto usate in passato, attualmente sono utilizzate come unità di backup
Cassette a nastro: servono principalmente per fare il back-up dei dati.