5 Appunti di scienza dell’informazione
Obiettivo del capitolo Nel seguente capitolo viene data una panoramica su tutti i tipi di supporti di memoria di massa. Vengono descritte le caratteristiche di ciascuna di esse e indicati i casi in cui esse possono essere usate. Tra gli argomenti viene descritto anche il masterizzatore, che, pur non essendo un supporto di memoria, è necessario per la memorizzazione dei dati all'interno di particolari supporti, il CD-ROM e il DVD.
Nuove abilità Alla fine del capitolo sarai capace di: Riconoscere i vari tipi di supporti di memoria; Individuare il tipo di supporto giusto per l'uso che deve essere fatto in base alle sue caratteristiche.
Nuove parole Alla fine di questo capitolo conoscerai i seguenti termini:
Dispositivi di ingresso e di uscita;
BUS;
Fase Uno ◊ 2 Cominciare le operazioni
Bit, Byte, MByte, Kbyte, Gbyte e Tbyte;
Codice ASCII;
Processore o CPU;
Masterizzatore;
Cd-Rom;
Floppy disk;
Zip;
Pendrive o Chiavetta USB;
Porta USB;
Memorie flash;
Masterizzatore;
Appunti di scienza dell’informazione 3 ◊ Fase uno
1.5.0 Hardware
Il termine hardware (in italiano: "ferraglia") viene utilizzato per indicare i componenti fisici di un computer, ossia tutte le parti che possono essere toccate con mano. Gli elementi hardware possono essere distinti essenzialmente in cinque categorie: dispositivi di ingresso per immettere i dati all'interno del PC; dispositivi di uscita per reperire i dati elaborati dal PC in vari formati a seconda della categoria a cui appartiene il dispositivo; ad esempio in formato cartaceo per la stampante, in formato audio per le casse e a video per il monitor; unità di elaborazione per svolgere le operazioni e per coordinare tutti i componenti del PC; unità di memorizzazione insieme di supporti necessari in fase di elaborazione e per l'archiviazione dei dati elaborati; l'insieme dei BUS per veicolare le informazioni tra i componenti fondamentali del PC. Prima di procedere con la descrizione dei vari elementi e delle loro caratteristiche è opportuno dare uno sguardo di insieme al sistema. L'immagine riportata in Figura 1.5.1 può esserci di aiuto per localizzare i vari elementi.
Figura 1.5.1 - Computer corredato delle periferiche principali. In questo capitolo verranno affrontati tutti i tipi di memoria esistenti e le caratteristiche di ciascuno di essi, che si differenziano in base alle caratteristiche, ai tempi di accesso e alle capacità, oltre che alla funzione che devono svolgere. Le memorie possono essere di sola lettura o anche di scrittura, temporanee o permanenti, interne o esterne al sistema. In particolare verranno presi in esame i diversi tipi di memoria, approfondendo per ciascuno di essi le proprietà, in particolare verranno approfondite le memorie esterne al PC. Prima di procedere è importante vederne le caratteristiche generali, per avere padronanza dei termini che verranno usati in seguito. Vedremo l'unità di misura per la memoria, i suoi multipli per poi entrare nel dettaglio dei vari parametri per caratterizzarne le proprietà Bit
Fase Uno ◊ 4 Cominciare le operazioni Così come la lingua italiana per formare parole utilizza un alfabeto di 21 lettere il computer utilizza un suo alfabeto per rappresentare l’informazione memorizzabile ed elaborabile. Ad ogni operazione complessa corrisponde una sequenza di operazioni semplicissime, come la somma di due numeri o lo spostamento di un valore da una posizione ad un'altra. Il processore è l'elemento hardware che svolge gran parte delle elaborazioni interne al PC. Non è questo il contesto per descrivere le varie funzionalità e caratteristiche del processore, ma almeno il cenno fatto è doveroso per comprendere quanto stiamo per enunciare. La potenza del processore consiste nella sua capacità di eseguire rapidamente e in modo perfetto l'elaborazione dei dati. Un programma è un insieme di istruzioni eseguite in sequenza dal processore o CPU. Per meglio comprendere il funzionamento di una CPU, è possibile vederla come costituita da un numero di microscopici interruttori che possono essere "accesi" o "spenti". La combinazione degli interruttori, dà vita all'enormità delle istruzioni che può essere eseguita dal computer. Lo stato di "acceso" o "spento" viene tradotto in "1" o "0" nell'alfabeto del computer. L’unità di informazione di base è chiamata Bit, Binary digit, la cifra binaria che può assumere valore 0 o 1. Byte e codifiche ASCII Ogni carattere viene rappresentato da una sequenza di sette o otto bit, usando, rispettivamente, due varianti di una codifica ben precisa, detta ASCII, pronunciato "aschi", acronimo di American Standard Code for Information Interchange. Le due varianti, versione standard ed estesa, differiscono per il numero di caratteri che possono rappresentare: la prima, attraverso tutte le 128 possibili combinazioni ottenute con 7 cifre binarie, permette di rappresentare, appunto, 128 diversi caratteri, mentre la seconda può rappresentare 256 combinazioni differenti, potendo includere, quindi, nella tabella di corrispondenze ad esempio le vocali accentate ed altri caratteri non standard. A ciascuna lettera viene assegnato un numero compreso tra 0 e 127, o fra 0 e 255, corrispondente ad una precisa sequenza binaria. Per esempio, il codice ASCII della A maiuscola è 65 (1000001, in cifre binarie), mentre della A minuscola è 97 (1100001). La maggior parte dei computer usa il codice ASCII per rappresentare il testo. Un file di testo in cui sono stati usati i caratteri ASCII viene definito file ASCII. La combinazione degli otto bit viene definita byte. Multipli del byte Un byte memorizza un carattere, per memorizzare più caratteri è necessario parlare di multipli del byte, unità di misura dei supporti di memorizzazione. I multipli del byte sono: KiloByte (KB) =1.024 Byte; MegaByte (MB) = 1.024 KiloByte = 1.048.576 Byte; GigaByte (GB) = 1.024 MegaByte = 1.073.741.824 Byte.
Appunti di scienza dell’informazione 5 ◊ Fase uno
Terabyte (TB) = 1024 GigaByte = 1.099.511.627.776 Byte.
File Un documento, ad esempio un testo o un'immagine, una volta elaborato, deve poter essere memorizzato all'interno del computer; deve cioè essere tradotto e convertito in termini informatici. Tutti i documenti, indipendentemente dal loro formato o dal loro contenuto, costituiscono quello che si definisce un file (in italiano "archivio"). Un file può essere visto come un’insieme di informazioni salvate su di un dispositivo di memoria e al quale è stato assegnato un nome. Tutto ciò che viene memorizzato sul computer, che sia un'immagine, un documento di testo, un programma o qualsiasi altro tipo, ha la forma di file, memorizzato seguendo una codifica di corrispondenza di una qualunque informazione con delle cifre binarie, le uniche che i dispositivi elettronici sono in grado di trattare. Directory Le directory, o cartelle, sono gli elementi atti a raccogliere diversi file in base al tipo di informazione trattato da ciascuno di essi. L'organizzazione delle cartelle e dei file all'interno del sistema è a carico dell'utente. La creazione di cartelle non segue una regola fissa, ma è importante che la raccolta di file in cartelle segua una linea logica. All'interno di una cartella è possibile creare anche sottocartelle, annidandole come necessario. Nel paragrafo 1.4.0 Le cartelle e i file è già stato trattato l'argomento. Caratteristiche dei dispositivi di memoria I principali parametri che caratterizzano una memoria sono: capacità: il numero totale di byte memorizzabili; tempo di accesso: il tempo medio necessario per accedere alle informazioni memorizzate; tempo di trasferimento: il tempo necessario per trasferire un'informazione da o verso l'unità di memorizzazione; tipo di accesso consentito: il modo, sequenziale o diretto, in cui le informazioni possono essere lette o scritte sul supporto. Supporti di memoria I supporti di memorizzazione, cioè i dispositivi su cui devono essere salvate le informazioni, sono essenzialmente di tre tipi: memoria a nastro, unità ad accesso sequenziale, in cui un dato viene reperito solo se vengono letti tutti quelli che lo precedono. Il supporto consiste in un nastro di plastica di lunghezza variabile da 350 a circa 1.000 metri e largo ¼ di pollice, su cui sta un sottile strato di ossido di ferro magnetizzabile; memoria a disco, costituita da un insieme di dischi metallici in pila, magnetizzati su entrambe le superfici, ruotanti ad una velocità costante. L'accesso alle informazioni avviene tramite l'uso di un certo numero di testine di lettura e scrittura poste sull'estremo di un braccio metallico mobile che si sposta radialmente rispetto alle superfici magnetiche del disco. Ogni superficie è
Fase Uno ◊ 6 Cominciare le operazioni composta da cerchi concentrici, dette tracce, ognuno dei quali è suddiviso in una serie di blocchetti di informazioni di dimensione fissa, i settori; disco ottico, tipo i CD-ROM, in cui i dati vengono memorizzati e letti usando un raggio laser. Il disco ottico ha il vantaggio di poter memorizzare grosse quantità di dati a prezzi contenuti, pur presentando lo svantaggio di un tempo di accesso elevato rispetto ai supporti a disco.
1.5.0.0
Memorie di massa
1.5.0.1
Unità floppy
Nelle memorie di massa le informazioni vengono memorizzate definitivamente; le informazioni che vengono scritte in essa sopravvivono anche in seguito allo spegnimento del computer e sono accessibili fintanto che non vengono esplicitamente rimosse dall'utente. Tra le memorie di massa possiamo annoverare: il disco fisso, il floppy disk, gli zip, il DVD e il CD-ROM e le pendrive. Tra questi, solo il disco fisso è interno al sistema, tutti gli altri sono dispositivi esterni. Il disco fisso, il floppy disk e lo zip fanno parte dei supporti di memoria a disco, il CD-ROM e il DVD dei dischi ottici e la pendrive delle memorie flash.
I floppy disk hanno una capacità di 1,44 MB. Il loro utilizzo è limitato allo scambio di dati tra computer o alla creazione di copie di dati già memorizzati all’interno del disco rigido. Il loro punto di forza risiede nell’essere rimovibili e facilmente trasportabili. I dati, una volta memorizzati possono essere protetti da accidentali cancellazioni tramite una linguetta presente nella faccia posteriore del floppy stesso. Per un buon uso dei floppy è necessario tener presente il fatto che sono molto sensibili al calore, alla presenza di campi magnetici, alla polvere ed alla naturale usura del tempo. Il floppy è un supporto molto usato per la sua praticità e conviene abituarsi a mettere su ciascuno di essi un’etichetta, che ne indichi il contenuto. Tuttora vengono utilizzati come supporto per la distribuzione del software commerciale anche se ultimamente si utilizzano preferibilmente i CD-ROM, di capacità maggiore e più resistenti.
1.5.0.2 Lo zip
Unità removibili
Lo zip è un supporto per la memorizzazione simile a livello estetico al floppy disk. Può memorizzare, però, una quantità di dati variabile fra 100 e 250 Mbyte.
Appunti di scienza dell’informazione 7 ◊ Fase uno Ha come scopo principale quello di creare delle copie di sicurezza di grosse quantità di informazioni. Sia i dischi ZIP che lo ZIP drive vengono prodotti dalla IOMega Corporation. Disco removibile È un disco in acciaio simile a quello che si trova all'interno del disco fisso. La cartuccia di plastica che lo contiene ne facilita l'estrazione e l'interscambio. Il disco removibile, come tutti i dischi rigidi, hanno capacità di archiviazione nettamente superiore a quella dei dischetti flessibili. Le cartucce più comunemente in circolazione hanno una capacità di 45Mb, mentre altre hanno capacità di 88Mb. Tranne rare eccezioni, i dispositivi per memorizzare sui dischi removibili sono di tipo esterno, come dispositivi autonomi. Nastri magnetici
I nastri magnetici vengono usati nei grandi sistemi di computer per creare periodicamente copie del contenuto dell'intero hard disk per non perdere i dati in caso di guasti irreparabili. La lettura/scrittura è un'operazione lenta pertanto la memorizzazione viene effettuata tipicamente durante la notte. Un tipo di nastro particolare è il DAT (Digital Audio Tape) che può contenere fino a 20 GByte. Ha forma simile ad una cassetta audio. Il nome "nastro magnetico" deriva dall'utilizzo originario del supporto, usato negli studi di registrazione professionali per l'audio digitale di alta qualità.
1.5.0.3
Unità DVD e CD-ROM
Un CD o un DVD può contenere informazioni di qualsiasi tipo e genere: musica, filmati, giochi, software, video e altro. I vantaggi del CD-ROM (Compact Disk - Read Only Memory) come supporto di memorizzazione, derivano dalla grande capacità (variabile tra 650 MB e 900 MB), dal fatto di essere rimovibile e dal bassissimo costo. Uno dei principali svantaggi consiste nel fatto che può essere scritto mediante uno specifico dispositivo chiamato masterizzatore. DVD
Fase Uno ◊ 8 Cominciare le operazioni Il DVD acronimo di Digital Versatile Disk rappresenta la naturale evoluzione della tecnologia CD-ROM. Il DVD è in grado di memorizzare una quantità di dati superiore a quella del CD-ROM (dell'ordine di misura del Gb), garantendo una piena compatibilità in lettura con i maggiori dispositivi di archiviazione ottica. Il DVD può essere visto come un sistema di memorizzazione digitale in grado di sostituire le attuali tecnologie di memorizzazione su CD-ROM, CD audio, videocassette VHS ecc. La tecnologia DVD è stata appositamente progettata per applicazioni multimediali corredate di audio, video e dati e sostituirà presto il CDROM. Il suo supporto può essere cancellato e riscritto come un disco fisso grazie a una particolare tecnologia chiamata "a cambiamento di fase". Le unità DVD sono compatibili con la tecnologia ottica preesistente e sono quindi in grado di leggere i comuni CD-ROM. Sia per i CD che per i DVD, esistono supporti sia scrivibili (una volta scritti non possono essere cancellati) che riscrivibili (possono essere formattati in modo da cancellare il loro contenuto ed essere poi riutilizzati). I CD sostanzialmente possono essere di un solo tipo mentre i DVD possono essere DVD+R o DVD-R. La capacità dei due tipi di DVD è la stessa ma i primi possono essere considerati, almeno sul piano tecnico, come un'evoluzione dei secondi. Il formato DVD+R è storicamente nato per garantire una migliore compatibilità del concorrente -R sui lettori DVD sulla maggior parte dei comuni dispositivi per la lettura degli stessi (ad esempio il lettori usati nelle case) ma a conti fatti la compatibilità dei due formati è praticamente identica. Attualmente tutti o quasi i produttori di masterizzatori DVD costruiscono masterizzatori "dual standard", in grado di masterizzare entrambe le tipologie.
1.5.0.4
Masterizzatori di CD e DVD
La scrittura dei dati su un CD-ROM o su un DVD avviene tramite la masterizzazione con un dispositivo chiamato, appunto, masterizzatore CD o DVD. Diamo una panoramica sulle caratteristiche dei masterizzatori schematizzandole come segue: Un masterizzatore (cd o dvd) può essere montato all’interno del PC oppure può essere collegato esternamente al PC, ad esempio tramite una porta USB. La velocità del masterizzatore, che costituisce un parametro molto importante per un masterizzatore. Per i masterizzatori cd viene espressa da 3 numeri, ad esempio 52x24x52: la prima cifra indica la velocità di scrittura cd, la seconda quella di riscrittura cd, e la terza quella di lettura. Per i masterizzatori dvd le velocità vengono indicate con la sequenza di due valori tipo DVD+R/-R 8x4x, ad indicare che è in grado di masterizzare DVD+R alla velocità di 8x, e DVD-R a 4x, si consideri che per un masterizzatore DVD, la velocità di 1x corrisponde ad un flusso di 3.380 MByte al secondo. Il Buffer è una sorta di memoria "tampone" che aiuta ad evitare problemi di scrittura durante la masterizzazione. Durante la masterizzazione di un cd o un
Appunti di scienza dell’informazione 9 ◊ Fase uno dvd i dati devono arrivare alla periferica attraverso un flusso costante. Se durante la masterizzazione il PC deve svolgere altre attività, ad esempio deve elaborare i dati su un'altra applicazione, il flusso dei dati non è più continuo, per cui la masterizzazione non va a buon fine e il supporto viene rovinato. La presenza di un buffer aiuta ad evitare l'interruzione del flusso dei dati tra PC e masterizzatore. Da qualche anno tutti i masterizzatori implementano tecnologie (un esempio è "burn proof") che consentono di interrompere la scrittura per “aspettare” i dati dal PC, risparmiando sulla dimensione del buffer, ma in ogni caso è sempre opportuno avere un masterizzatore dotato di un generoso buffer. In generale la dimensione minima è di 2MB. Esistono tre modalità fondamentali per la scrittura del cd: Copie al volo: viene copiato il contenuto del CD o DVD mentre viene letto l'originale; Masterizzazione in modalità DAO (Disk At Once): una volta masterizzato il CD non può più essere modificato aggiungendo o togliendo i dati; In tal caso si dice che il CD è "chiuso" o "finalizzato". Masterizzazione in modalità TAO (Track At Once): dopo la masterizzazione il CD non viene "chiuso", mantenendo attiva la possibilità di aggiungere dati anche dopo la scrittura, a patto che non abbiamo raggiunto la sua capacità massima. Un CD masterizzato in questa modalità si dice anche "multisessione".
1.5.0.5
Pendrive e memorie portatili
Tra le memorie portatili la memoria flash è quella recentemente più usata per la sua notevole capacità di resistenza agli urti e soprattutto per la sua capacità di memorizzazione mantenendo una dimensione ridotta. I dati memorizzati nella memoria flash vengono mantenuti anche in assenza di alimentazione perché è un circuito elettronico. Viene usata nelle fotocamere digitali, nei lettori di musica portatili, nei cellulari, nei pendrive, nei palmari e in tutti i dispositivi di ultima generazione che necessitano di una notevole quantità di memoria e dispongono di poco spazio fisico per contenere il supporto di memoria. Pendrive
Il pendrive (chiamato anche chiavetta USB) è un'unità di memorizzazione di massa portatile utilizzabile mediante la porta USB di un comune personal computer. Prima di procedere con la descrizione del dispositivo è necessario spendere qualche parola riguardo alla descrizione di porta USB. La sigla USB, acronimo di Universal Serial Bus (USB), indica uno standard di comunicazione seriale che consente di collegare un dispositivo esterno (periferica) al PC. Ad una porta USB possono essere collegate periferiche quali il mouse, la tastiera, lo scanner e altri dispositivi.
Fase Uno ◊ 10 Cominciare le operazioni
Tornando alla descrizione del pendrive, i dati vengono immagazzinati in una memoria flash contenuta nell'involucro esterno. Attualmente è uno dei supporti di memorizzazione più usati per le ridotte dimensioni, per la sua resistenza dovuta all'assenza di meccanismi mobili, per la sempre crescente capacità di memoria. Inizialmente la velocità di lettura/scrittura della memoria flash dei pendrive era molto bassa, "frenata" proprio dalla ridotta quantità di dati che l'interfaccia USB riusciva a supportare, che nella sua versione originale, la 1.1 era di 12 Mbit/s. I pendrive di nuova generazione sfruttano la versione 2.0 dell'interfaccia USB che riesce a trasferire 480 Mbit/s. La velocità di scrittura non dipende solo dall'interfaccia utilizzata, ma anche dal tipo di memoria flash utilizzata, e dalla eventuale presenza di circuiti dedicati all'interno del pendrive stesso. Alcuni pendrive in commercio contengono un piccolo microprocessore volto all'ottimizzazione del processo di lettura/scrittura sulla memoria flash.