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Richiami sui supporti di memorizzazione


DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

01 Quali sono le principali tecnologie utilizzate per la realizzazione di supporti di memorizzazione di massa?

Come funzionano e in cosa si distinguono le unità magneto-ottiche?

Magnetica (floppy disk, hard disk, nastri), ottica (CD, DVD, Blue Ray, HDDVD), magneto-ottica (laser per la lettura, azione combinata di un laser e di un elettromagnete per la scrittura: il risultato è un supporto più affidabile dei normali dischi ottici),  flash memory =  memorie a stato solido (penne dati usb, schede di memoria per dispositivi portatili come macchine fotografiche digitali, videocamere digitali, telefoni cellulari).

 

DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

02  Perché la quantità di dati memorizzabile sui supporti è sempre meno, a volte in modo considerevole, della loro capacità teorica?

Che cosa s'intende per geometria di un supporto di memorizzazione di massa?

Che cosa s'intende per correzione degli errori?

Che cos'è il CRC?

Quali sequenze di bit di controllo sono presenti su un nastro magnetico?

Che cosa sono i gap?  Che cosa sono le etichette (label) su un nastro?

Cosa avviene durante la formattazione a basso livello? E durante quella d'alto livello?

Perché si può arrivare a sprecare fino al 30% dello spazio di un hard disk?

Che cosa sono i cluster?

Quali sono le principali tecniche di correzione degli errori?
Essenzialmente per tre motivi: una parte dei bit è utilizzata per rilevare ed eventualmente correggere errori di registrazione; un'altra parte è utilizzata per marchiare zone del supporto al fine di stabilire la sua ' geometria' (la sua suddivisione in blocchi); infine se la registrazione sul supporto avviene per blocchi di byte di dimensioni fisse vengono sprecati tutti i byte non utilizzati dell'ultimo blocco.

Correzione degli errori: si va dalla semplice aggiunta del cosiddetto bit di parità al più sofisticato CRC (Circular Redundancy Control) che in base ad un complesso calcolo sui bit ne aggiunge altri che permetteranno in fase di lettura di rifare il calcolo e di capire che c'è stato un errore nel caso questo calcolo non fornisca la stesso risultato (nel caso non ve ne siano troppi, è anche possibile correggere gli errori). Una variante molto nota di CRC è il famoso codice Red Solomon usato per i CD successivamente migliorato per i supporti più recenti.

Geometria del supporto
Nastro:
blocchi contenenti dati utili si alternano ad altri che servono o a dare il tempo al nastro di raggiungere la velocità giusta (questi spazi vengono chiamati gap) o ad altri usati per marchiare (con sequenze predefinite di bit che fungono da etichette, label in inglese) l'inizio o la fine del nastro, l'inizio o la fine del file od altri caratteri di controllo chiamati tape mark.
Hard disk
: sequenze di bit identificano l'inizio o la fine di una traccia ed altre informazioni riguardanti la stessa; altre sequenze identificano l'inizio e la fine di un settore ed altre informazioni relative al settore stesso. L'operazione con la quale vengono scritte queste informazioni che strutturano le zone di memorizzazione sul piatto di un disco è detta formattazione a basso livello effettuata dalle case costruttrici applicando campi magnetici ben più potenti di quelli che verranno poi utilizzati per le normali operazioni di letture scrittura da parte dell'utente finale. La formattazione comandata invece dall'utente finale è detta ad alto livello e dipende dal sistema operativo utilizzato e serve a quest'ultimo per aggiungere ulteriori informazioni utili all'individuazione di file e cartelle).
Unità ottiche: similmente agli hard disk ricordando che è presente una sola traccia a spirale che parte dal centro del supporto. Le informazioni aggiuntive sono però scritte direttamente durante la registrazione dei dati utili; detto in altre parole non esiste una fase di formattazione (ad eccezione della gestione a pacchetti UDF che dovrebbe consentire di utilizzare un CD riscrivibile come se fosse un floppy).

Spreco dei byte dell'ultimo blocco: se per un certo tipo di supporto (ad esempio una hard disk) il sistema operativo utilizzato usa una formattazione che fissa un numero massimo di blocchi gestibile è evidente che maggiore è la capacità delle supporto e maggiore è la dimensione di questi blocchi: infatti dividere in 10.000 parti (sto immaginando che 10.000 sia il massimo numero di blocchi gestibile dalle sistema operativo) 100 GB porta a blocchi 10 volte più grande di vivere sempre in 10.000 parti 10 GB. In pratica quando il sistema operativo non è più in grado di utilizzare l'intera superficie con blocchi piccoli ne usa due o più per volta (i raggruppamenti prendono il nome di cluster). Il vecchio sistema operativo DOS formattava i dischi secondo lo schema FAT (File Allocation Table) che numerava i blocchi sul disco usando 16 bit potendo così arrivare fino ad un massimo di 65.535 blocchi. Con l'aumentare delle capacità degli hard disk la dimensione di ciascun blocco poteva arrivare anche a 32 kB: questo significa che se un certo file e lungo anche solo pochi byte comunque userà 32K; e comunque questo significa che tutta la parte dell'ultimo cluster necessario per memorizzare un file va sprecata. Ad un certo punto la dimensione del cluster poteva portare a sprecare addirittura il 30% dell'intero spazio! Per questo motivo sono state introdotte varianti a 32 bit  (FAT32) ed altre che oltre a non soffrire dello stesso problema risultano anche molto più sicure dal punto di vista dell'integrità dei dati (NTFS usato da Windows a 2000, XP e VISTA). Altri sistemi operativi più evoluti fin dalla loro nascita (UNIX, linux ecc.) hanno da sempre avuto la possibilità di utilizzare schemi di formattazione senza questi problemi. Per contrastare l'aumento della dimensione cluster è anche possibile suddividere in più parti (partizioni logiche) un hard disk

 

DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

03  Come sono organizzati i dati sui supporti di memorizzazione di massa? Per motivi di efficienza non si leggono o scrivono i byte uno alla volta perché il tempo per leggere e trasferire un singolo byte dal supporto alla RAM è molto inferiore rispetto a quello necessario per i movimenti delle parti meccaniche del drive (scorrimento nastro, spostamento del braccio di una testina sulla hard disk, rotazione del disco ecc.). Se così fosse il 99% del tempo di utilizzo di un dispositivo sarebbe dedicato a far muovere il dispositivo stesso! I dati sono invece organizzati a blocchi la cui dimensione può variare a seconda delle caratteristiche fisiche del dispositivo. Questo è il blocco (record) fisico. Dal punto di vista dell'utente i dati vengono invece organizzati in record logici (ad esempio il record che definisce i dati anagrafici del cliente).  Si definisce fattore blocco il numero di record logici contenuti in un record fisico; da notare che se il record logico è molto grande può occupare anche più record fisici



 

DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

04   In base a quali parametri vengono misurate le prestazioni delle memorie di massa?

Che cosa si intende per ... uno dei termini spiegati qui a lato?

 

Tipo di accesso: sequenziale o diretto (relative, pseudo random); vedi anche la sezione di domande relativa all'organizzazione ed ai tipi di accesso ai file.
Capacità: non dimentichiamoci dei grossi multipli del byte oggi necessari a descrivere le enormi quantità di informazioni processate ogni anno a livello mondiale (terabyte, petabye, exabyte, zetabyte, yottabyte).
Tempo medio di accesso (access time): è il tempo in media necessario a trovare dati su supporto e da trasferirli in memoria centrale. È la somma dei due tempi che seguono.
Tempo di ricerca (seek time): è quello necessario a localizzare il dato sul supporto pronti al suo trasferimento in memoria centrale.
Tempo di trasferimento (transfer rate): è la velocità con cui i byte possono essere trasferiti dal supporto alla memoria centrale.
Compatibilità: possibilità di utilizzare il supporto con piattaforme hardware e software diverse (ad esempio usare la penna dati USB sul PC e sulla macchina fotografica digitale).
Tolleranza ai guasti (fault tolerance): misura la possibilità che in caso di guasto di una parte del dispositivo si possa comunque continuare a lavorare (come accade per esempio nei sistemi in mirroring dove si registrano contemporaneamente i dati su due dischi diversi; se si rompe uno si può continuare a lavorare con l'altro mentre quello difettoso può essere sostituito senza spegnere il sistema di elaborazione.
Facilità d'uso.
Durata delle registrazioni: misura l'affidabilità nel tempo del supporto.
Scalabilità: indica la possibilità di potenziare il dispositivo (ad esempio aumentare la sua capacità di memorizzazione) senza essere costretti ad acquistare un nuovo e con costi proporzionali al miglioramento delle performance.


 

DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

05  Quali formati di codifica di file testuali conosci? Oltre all'arcinoto ascii, non adatto però a rappresentare i ricchi alfabeti a livello mondiale in quanto limitato nel numero di codici numerici che può rappresentare (128 nella sua versione base a 7 bit, 256 nella sua versione estesa a 8 bit), e alla sua versione perlopiù utilizzata per i grossi sistemi (EBCDIC) è oggi diventato uno standard l'UNICODE che utilizza due byte per ogni carattere (potendone così rappresentare bene 65.535); i caratteri sono codificati in modo che le prime 256 combinazioni corrispondano al vecchio codice ascii; l'UTF-8 (molto usato da .NET) mira invece a non sprecare il secondo dei 2 byte quando ne è sufficiente uno ' avvisando' con un carattere speciale nella sequenza quando a seguire si trova un carattere UNICODE che ne usa veramente due; diversamente usa sempre un byte per ogni carattere (ovviamente è conveniente quando la maggior parte dei caratteri usati corrisponde a uno di quelli del vecchio codice ascii e solo ogni tanto se ne deve usare uno di quelli con codice numerico superiore a 256...)

 

DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

06 Come è strutturato un nastro magnetico? Che cos'è un frame? Che cos'è un volume? I bit sono memorizzati da una testina capace di generare un campo elettromagnetico; essa è a contatto con il nastro (che le scorre sotto) che è ricoperto di materiale magnetizzatile. I bit sono disposti su piste parallele che corrono lungo tutta la lunghezza del nastro; i byte sono individuati peròconsiderando una fila di bit in verticale (frame). Un avvolgimento completo di un nastro forma una bobina (chiamata anche volume). Un file può essere contenuto su di un solo volume oppure occuparne più di uno (in questo caso si parla di file multi volume). Vedi anche la risposta relativa alla geometria dei supporti.

 

DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

07  Come sono strutturati gli hard disk ?  Che cos'è il disc pack ... testina... braccio ... traccia... cluster... cilindro Sono formati da una pila di piatti (disc pack) che possono ruotare attorno ad un perno centrale; le due superfici di ogni piatto sono ricoperte da uno strato di materiale magnetizzatile grazie ad un gruppo di testine di lettura/scrittura sostenute da bracci in grado di spostarsi radialmente lungo i piatti. Questi ultimi girano attorno al perno centrale anche molte migliaia di volte alla minuto (da 5400 fino anche a 15.000). Lo spazio a disposizione sulle superfici dei piatti è organizzato in tracce concentriche e settori radiali (a formare degli spicchi); l'intersezione tra una traccia ed un settore individua un blocco (vedi anche la domanda sulla geometria dei supporti); più settori contigui formano un cluster; i blocchi appartenenti alle tracce che si trovano alla stessa distanza dal centro considerando tutti piatti formano un cilindro.

 

DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

08   In base a quali parametri si misura la performance di un hard disk? Che cos'è... (sostituire uno dei termini in grassetto qui a destra)?

Capacità, tempo di posizionamento (seek time) cioè quello necessario alla testina per portarsi in corrispondenza del cluster da leggere/scrivere, tempo di latenza rotazionale (latency time) cioè quello necessario affinché la rotazione del disco porti il primo blocco fisico del cluster desiderato sotto la testina di lettura/scrittura già posizionata sulla traccia giusta, velocità di trasferimento (transfer rate) cioè il numero di byte che possono transitare nell'unità di tempo dall'elettronica di controllo del disco alla memoria centrale dell'elaboratore; il transfer rate poi determina il tempo di trasferimento (transfer time) .
 

 

DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

09   Cosa ha contraddistinto l'evoluzione degli hard disk?

 

Il diametro dei piatti si è ridotto (da 20 pollici agli attuali modelli da tre pollici e mezzo,2 pollice mezzo o addirittura un pollice). Se il diametro minore la meccanica può supportare velocità rotazionali maggiori  aumentando la velocità di trasferimento e diminuendo la latenza rotazionale(ed anche il braccio porta testine deve compiere movimenti minori). La maggiore precisione della meccanica e la maggiore affidabilità ha consentito di avvicinare a distanze incredibilmente piccole la testina di lettura/scrittura consentendo densità di registrazione sempre maggiori. I dischi sono diventati sempre più silenziosi e caratterizzati da minore produzione di calore. Le esigenze del processo di produzione e le economie di scala hanno continuamente diminuito il costo per gigabyte. Mentre una volta esisteva il vincolo di lettura di dati a velocità angolare costante che prevedeva la stesso numero di settori su ogni traccia nonostante i settori sulle tracce più esterne abbia a disposizione molto più spazio la tecnica chiamata zone recording prevede di aumentare il numero dei settori man mano che si procede verso le tracce più esterne del disco: questo presuppone una meccanica complicata ma assicura prestazioni maggiori in quanto la velocità di rotazione sulle tracce più esterne è maggiore e quindi potranno essere letti nella stessa unità di tempo più settori rispetto a quelli collocati sulle tracce più interne.
 

 

DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

10   Elenca i principali tipi di supporti ottici. Cosa vogliono dire i + e i - nelle sigle dei supporti ottici?

CD-ROM (compact disc a solo lettura, 650MB), CD-R (compact disc scrivibile una sola volta 650/700MB), CD-RW (compact disc riscrivibile 650/700MB), DVD-ROM (Digital Versatile Disk a sola lettura 4,7GB  se singolo strato, 8,5 GB se doppio strato= dual layer), DVD +/- R (DVD scrivibili una volta sola 4,7GB  se singolo strato, 8,5 GB se doppio strato), DVD +/- RW (DVD riscrivibili 4,7GB  se singolo strato, 8,5 GB se doppio strato), HD DVD (DVD  ad alta densità 20GB con future versioni ancora più capienti), Blue Ray (50 GB con future versioni ancora più capienti).

 Per i DVD purtroppo non esiste uno standard unico; del tempo si sono venuti a formare due consorzi a livello mondiale ciascuno sostenuto da un gruppo di multinazionali dell'elettronica; uno dei consorzi sostiene i formati etichettati con il più l'altro con il meno. All'inizio questo creava non pochi problemi al consumatore fino a che sul mercato non si sono diffusi lettori e masterizzatori multiformato cioè in grado di gestire indifferentemente entrambi formati. Stesso discorso per i formati ad alta densità per la conquista del ormai imminente e sterminato mercato dei contenuti ad alta definizione.

 

DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

11  Come sono strutturati i supporti ottici?

Una sola traccia a spirale parte dal centro. La traccia è suddivisa in blocchi alternati con sequenze di bit che servono ad identificare ogni blocco. I bit sono rappresentati dalla presenza o dalla mancanza di avvallamenti che riflettono in modo diverso la luce laser a bassa intensità emessa da una apposita lente in grado di deflettere il raggio laser facendogli seguire l'andamento della spirale. I tempi di accesso sono nettamente più lunghi di quelli degli hard disk  perché il raggio laser non può essere pilotato esattamente sul blocco che interessa: l'elettronica del lettore fa una stima per dirigere il raggio laser più o meno dove si trova il blocco e leggendo le informazioni che identificano ciascun blocco si avvicina e raggiunge il blocco desiderato per raffinamenti successivi. Quando i supporti ottici devono essere riprodotti in quantità industriale o in modo molto affidabile viene creata una copia master usando raggio laser ad alta intensità; con questo stampo si imprimono tante copie usando CD ricoperti di materiale resinoso. I supporti WORM (Write Once Read Many, scrivi una volta / leggi molte volte) come i CD-R prodotti invece con il classico masterizzatore da ufficio o casalingo sono ricoperti da un materiale che viene permanentemente modificato grazie all'azione di un raggio laser ad alta potenza (le zone modificate rifletteranno un raggio laser a bassa potenza in modo diverso dalle zone lasciate intatte); nella versione riscrivibile si usano invece tre diversi tipi di raggio laser: quello a bassa potenza per leggere, quello ad alta potenza per scrivere e quello a media potenza per riportare la superficie in uno stato di nuovo scrivibile.
 

 

DOMANDE (alcuni modi di porre la stessa)

RISPOSTA (TRACCIA)

12   Come si misurano le performance dei dischi ottici?


Per i CD in multipli della velocità di trasferimento dei primi lettori (150KB al  secondo = 1X); 4X significa quindi 600 kB/sec = 150 kilobyte * 4 / sec; i lettori di ultima generazione raggiungono i 52X anche se questa velocità può essere mantenuta solo durante la lettura delle zone più esterno del disco; per i riscrivibili la massima velocità è di circa 24X.

 

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