Le memorie
Uno degli elementi fondamentali di un computer è la memoria, o meglio le memorie.
Se la CPU può essere paragonata al motore di una automobile, la memoria può essere associata al serbatoio. La memoria è il contenitore del “carburante” che fa lavorare il computer: i programmi e i dati.
Come sono fatte le memorie?
Ancora una volta dobbiamo ricordarci che stiamo sempre parlando di apparecchiature elettroniche, di componenti che distinguono solo due diversi stati fisici: acceso o spento, tensione alta o tensione bassa, passaggio di corrente o assenza di corrente, ecc.
Quindi apparecchiature che capiscono solo un linguaggio “elettrico” di due segnali, il linguaggio binario, già visto nel primo capitolo.
Le memorie, in linea generale, sono di tre tipi:
1. elettriche,
2. magnetiche,
3. ottiche (che vedremo più avanti).
In un paragrafo successivo vedremo le memorie ottiche: il caso elettrico e magnetico possono essere visti assieme. Infatti attraverso una elettrocalamita si può trasformare il segnale elettrico in segnale magnetico.
Quindi una memoria può essere vista come una superficie dove si possono registrare dei segnali elettrici o magnetici. Ad esempio su un Hard disk delle testine elettromagnetiche riescono a magnetizzare piccole porzioni del disco con una carica positiva o negativa. In pratica, è possibile memorizzare sequenze di 0 (-) e 1 (+).
È la memoria di massa
più importante del PC.
Quindi ‘incidendo’ i segnali positivi o negativi, i più e meno, gli 0 ed 1, si riesce a
memorizzare delle informazioni.
Ma che legame c’è tra questi segnali elettrici/magnetici e le informazioni che dobbiamo memorizzare?
Nelle memoria del computer ci sono testi, immagini, suoni, ecc., non segnali più e meno. In realtà, invece, è proprio così.
Abbiamo visto che è possibile tradurre i numeri, i caratteri, le immagini, come sequenze di numeri binari. Il computer traduce queste sequenze di numeri binari nei rispettivi segnali elettrici/magnetici e in questo modo li memorizza.
Quindi quando io salvo la lettera A nell’hard disk avrò questi passaggi:
Aà01100001 (in codifica ASCII)à-++----+ (in segnale magnetico).
Ogni singolo più e meno, in informatica, prende il nome di bit. La sequenza di 8 bit si chiama byte.
BIT
B =0 00 11 01 1
BYTE
Quindi ad ogni lettera dell’alfabeto corrisponde un byte. Per memorizzare la parola ECDL servono quindi quattro byte (e 32 bit).
Il byte è l’unità di misura della capacità di una memoria, diciamo come i litri per il serbatoio della macchina.
In realtà non si usa il byte per indicare la capacità di una memoria: è una unità di misura troppo piccola.
Infatti, se un byte corrisponde ad un carattere, allora un foglio di testo, formato di solito da circa 1000 caratteri, occupa già 1000 byte.
Ma un hard disk riesce tranquillamente a contenere centinaia di milioni di fogli di testo: quindi si dovrebbe dire che ha una capacità di centinaia di milioni di byte. Non è pratico! È come se una persona esprimesse il suo peso in grammi, o l’altezza in millimetri.
Quindi, come per il peso o per l’altezza, si usano le unità di misura superiori:
7. PB 8. EB 9. ZB 10.YB
(Petabyte) = 1024 TB = 10245 byte (Exabyte) = 1024 PB = 10246 byte (Zettabyte) = 1024 EB = 10247 byte (Yottabyte) = 1024 ZB = 10248 byte
Perché 1024 e non 1000, come per chilo, tonnellata, ecc.? perché lavoriamo sempre con matematica di base 2 e 1024 è una potenza del 2; 210 = 1024.
Dove possiamo trovare questi termini?
Ad esempio, in Windows, se andiamo a vedere le proprietà del disco locale C (l’hard disk) si vede che il termine byte esiste ancora.
1. Bit 2. Byte 3. KB 4. MB 5. GB 6. TB
singola unità di informazione
8 Bit
(Kilobyte) = 1024 byte
La gerarchia delle memorie
Una memoria è un dispositivo capace di immagazzinare, conservare e restituire informazioni, cioè programmi, applicazioni e dati. Nel computer sono presenti diversi tipi di memorie. Ciò che differenzia le memorie è la velocità di accesso, la capacità e il prezzo. Infatti nel computer esiste una vera e propria suddivisione delle memorie in due blocchi.
1. memoria interna, o principale, o primaria posta fisicamente sulla mother board che ospita anche il processore.
a. RAM (Random Access Memory)
b. ROM (Read Only Memory).
2. memoria esterna, o secondaria o di massa che si trova su dispositivi posti fuori della
scheda e ad essa collegati.
- Harddisk(interniedesterni)
- chiavette USB flash
- CD/DVD (e dischi blue ray)
- Memorycard
- Dischionline
- Floppy disk, nastri, zip disk, ecc. (anche se ormai stanno scomparendo).
In un gradino superiore si trova la memoria CACHE, che vedremo a parte.
La comunicazione tra il processore è le memorie può essere rappresentata dallo schema seguente:
HD
RAM
CPU
Come viene gestito questo colloquio? Come mai c’è questa suddivisione?
Vediamo come avviene, in modo molto semplificato, il dialogo tra il processore e le memorie nel caso di modifica e salvataggio di una lettera in Word.
- Per modificare una lettera per prima cosa noi andiamo nella cartella dell’hard disk dove è salvata. Quindi il processore va ad interagire con l’hard disk.
- La lettera viene caricata nella memoria RAM. A noi appare la clessidra che indica che la lettera si sta aprendo.
- Si comincia a scrivere e a modificare il testo della lettera. Il processore esegue queste operazioni sulla copia della lettera presente nella memoria RAM.
- Abbiamo finito le modifiche. Chiudiamo Word e appare la richiesta di salvataggio delle modifiche, che confermiamo. Il processore riporta la lettera nell’hard disk al posto dell’originale. Noi attendiamo qualche attimo che si chiuda il programma Word.
Perché tutti questi passaggi?
La causa è la diversa velocità delle due memorie: per motivi costruttivi, che vedremo, l’hard disk è una memoria “lenta”, la RAM è velocissima.
Quindi, per ottimizzare i tempi di lavoro, il processore preferisce perdere un po’ di tempo all’inizio, per caricare la lettera in RAM (quindi la clessidra) e alla fine, per riportare la lettera nell’hard disk (qualche attimo per uscire da Word). Quando la lettera è nella RAM il lavoro procede velocissimo: premo grassetto e la frase appare subito in grassetto, aggiungo del testo e le lettere appaiono immediatamente, ecc.
Quindi si preferisce perdere un po’ di tempo all’inizio e alla fine ma lavorare in modo velocissimo.
Ma a questo punto la domanda è spontanea: a cosa serve l’hard disk? È lento! Non si può fare un PC con sola memoria RAM?
Il problema è il costo: 1MB di RAM costa 1000 volte in più rispetto a 1 MB di hard disk. Quindi, visto che per i programmi attuali servono memorie di migliaia di MB, il costo di un computer diventa improponibile per buona parte di noi.
Bene, ma io sono multimilionario! Voglio un PC velocissimo, sono disposto a spendere qualunque cifra, quindi voglio un PC con tanta e sola RAM! Perché non lo producono? Perché la memoria RAM è una memoria non permanente, volatile, il contenuto viene perso se cessa l’alimentazione del sistema, cioè quando si spegne il computer. È una memoria di tipo elettrico, è formata da microscopici condensatori ognuno dei quali memorizza un bit: un condensatore è un circuito elettrico che riesce a conservare la carica elettrica fintanto che è alimentato.
Al contrario la memoria hard disk è una memoria magnetica, cioè formata da materiali (le sostanze ferromagnetiche) capaci di assumere e mantenere una magnetizzazione positiva o negativa. La memorizzazione è permanente (fino ad una successiva sovrascrittura).
Quindi visto che, prima o poi si deve spegnere il PC, ho bisogno di una memoria permanente per poter mantenere memorizzati tutti i miei lavori.
Questo spiega il fatto che se manca all’improvviso la corrente perdo (in linea di massima) tutte le modifiche che ho fatto ad un documento dopo l’ultimo salvataggio: questo modifiche non sono finite nella copia permanente del documento che sta nell’hard disk.
Quindi, l’uso di gerarchie di memoria dalla velocità e dai costi crescenti serve a ottimizzare la memoria disponibile in termini di prestazioni e spesa relativa.
L’ideale dal punto di vista delle prestazioni sarebbe implementare tutta la memoria come registri interni del processore o con tecnologie a condensatore consentendo un accesso quasi istantaneo alle informazioni; d’altra parte, per aver memorie in grado di contenere una elevata quantità di dati, senza spendere cifre astronomiche, sarebbe opportuno scegliere memorie dal basso costo per unità di memoria.
Il compromesso fra le due esigenze ha fatto nascere una gerarchia a tre livelli (i registri interni del processore non vengono considerati memoria vera e propria):
1. Memoria cache (memoria molto veloce, di piccolo dimensioni e costosa, che vedremo)
2. Memoria centrale (memoria veloce, di medie dimensioni e abbastanza costosa)
3. Memoria secondaria (memoria lenta, di notevoli dimensioni ed economica). Vediamo ora in dettaglio i vari tipi di memorie.
La memoria interna: la memoria RAM
La RAM fa parte della memoria centrale del computer assieme alla memoria ROM.
La sigla RAM significa Random Access Memory, memoria ad accesso casuale: sarebbe meglio dire ad accesso diretto, nel senso che il processore accede in modo immediato ai dati e programmi che deve utilizzare.
È chiamata anche memoria di lavoro in quanto i dati e i programmi non sono utilizzabili da parte del processore se non si trovano all'interno della RAM, dalla quale vengono estratti per le necessarie elaborazioni. Quindi, la RAM contiene qualsiasi dato e programma che il computer sta elaborando.
Da ciò si capisce perché aumentare la memoria RAM del PC, può portare a un aumento delle prestazioni: c’è più spazio per caricare tutti i programmi e dati che devono essere elaborati, diminuendo gli accessi alla memoria secondaria.
I personal computer di adesso (settembre 2014) hanno una RAM che va da 1Gb a 8 Gb. In linea di massima per Windows XP, Windows 7 e 8 vanno bene 2Gb di RAM. Per Windows Vista dai 2 ai 4Gb. Nei computer desktop e portatili dovrebbe essere almeno 4 GB, nei tablet e smartphone almeno 512 MB.
Il contenuto della RAM può essere scritto, modificato e cancellato: all'accensione del computer, però, la memoria RAM è completamente vuota e torna in questo stato una volta che il computer è spento. Per questa ragione la RAM viene anche detta memoria volatile.
La RAM è costituita da un gran numero di circuiti elementari, i condensatori, che possono assumere solo due stati: carico e scarico, spento e acceso. A questi due stati corrispondono i simboli zero e uno attraverso i quali rappresentiamo qualsiasi tipo di informazione. Attualmente i tempi di accesso alla memoria centrale sono dell’ordine delle decine di nanosecondi (1 ns = 1 miliardesimo di secondo).
La memoria ROM
la memoria ROM, non cancellabile e non riscrivibile, è meno costosa della RAM in quanto realizzata con circuiti molto più semplici.
La sigla ROM significa Read Only Memory ovvero memoria a sola lettura e, a differenza della RAM, mantiene le informazioni anche in caso di mancanza di corrente.
La memoria ROM contiene le informazioni per l'avvio del PC. Ogni volta che si accende il computer, il processore va a controllare il tipo di hardware che è presente, e, attraverso vari test di controllo, che non ci siano problemi per qualche componente. Queste informazioni sono scritte nei circuiti della memoria ROM dalla ditta che produce il computer.
La memoria ROM è più piccola della RAM, appunto perché deve contenere poco software, le poche istruzioni per avviare il PC. Un software di questo tipo, implementato dal costruttore del PC direttamente sui circuiti, un software scritto nell’hardware, un ibrido, prende il nome di firmware.
In particolare il firmware della ROM si chiama BIOS che significa proprio Basic Input Output System, ovvero le operazioni base che un PC effettua all'avvio.
L’operazione di avvio è detta bootstrap, cioè “allacciarsi le scarpe”, e si articola in tre fasi:
1. verifica dell’hardware,
2. attivazionedell’hardware,
3. avvio del software di base del computer, il sistema operativo che vedremo quando si
parlerà del software.
Chiaramente senza la ROM il PC non sarebbe in grado di accendersi.
La memoria CACHE
La memoria cache è una memoria di transito, molto veloce, più della RAM, tra la CPU e la RAM e tra la RAM e la memoria esterna.
La memoria cache è una memoria temporanea utilizzata per migliorare il trasferimento dei dati tra la memoria centrale e i registri della CPU; la cache, sensibilmente più veloce della memoria centrale, grazie a propri meccanismi di gestione, contiene i dati usati più frequentemente dalla CPU; quando il processore richiede un dato, questo viene prima ricercato nella memoria cache (dove probabilmente si trova); in caso negativo, l’informazione viene recuperata dalla memoria centrale e, in parallelo, vengono aggiornati i contenuti della memoria cache in modo che i dati in essa residenti siano sempre i più richiesti (in termini probabilistici).
Generalmente un elaboratore ha due livelli di cache:
- la cache di 1° livello, con dimensioni da 8Kb fino a 128Kb, che funziona con la stessa
velocità del processore.
- La cache di 2° livello, posta usualmente in un chip diverso dal processore, con
dimensione che varia tra 128 Kbyte e 2 Mb.
Le memorie esterne
La memoria esterna, detta anche secondaria o di massa, è una memoria di supporto che contiene programmi e dati che possono essere sfruttati solo indirettamente dal processore, visto che l’unica memoria con cui il processore è collegato risulta essere quella centrale.
I vari dispositivi di memorizzazione attualmente in uso si differenziano per la quantità di dati memorizzabili, per la loro velocità di fornirli alla memoria interna e per il loro costo per unità di memoria.
Per le caratteristiche costruttive e per come memorizzano i dati sono presenti diversi dispositivi di memorizzazione, che abbiamo elencato in precedenza. Vediamo i dettagli di ognuno di questi.
La memoria hard disk
È la memoria di massa più importante del PC. Contiene, in modo permanente, tutti i dati e i programmi che il computer può usare. È il principale serbatoio di benzina del computer.
Dal punto di vista costruttivo, un hard disk assomiglia a un juke box.
Ci sono dei dischi di materiale magnetizzabile e delle testine di scrittura/lettura (in pratica delle elettrocalamite) che vanno a leggere il segnale magnetico sulla superficie del disco oppure lo scrivono. Infatti, una elettrocalamita riesce appunto a trasformare un segnale elettrico in magnetico.
Quindi sulla superficie di un disco ci saranno delle sequenze di segnali positivi e negativi: ognuno è un bit.
L’informazione è quindi presente sull’hard disk. Se segnali magnetici non sono troppo vicini da disturbarsi rimangono sull’hard disk anche in assenza di corrente: la memorizzazione è permanente.
Quindi l’hard disk è un dispositivo formato da una serie di dischi magnetici che ruotano attorno ad un perno centrale.
Per ogni disco ci sono due testine di lettura/scrittura, una per ogni lato.
Per consentire alte velocità di rotazione (tempi d’accesso più brevi), i dischi si trovano in un contenitore sottovuoto. Le testine non sono a diretto contatto con la superficie del disco ma la sfiorano. Questo per evitare l’attrito e il rischio di graffiare il disco.
Quanti dischi ci sono? Quanto sono grandi?
Sempre per migliorare la velocità si preferisce avere tanti dischi, uno sopra l’altro a formare un cilindro, e con diametro piccolo. In questo modo le testine devono muoversi su un corto raggio. Inoltre ci sono tante testine che si muovono in parallelo, quindi più informazioni scritte in un singolo movimento (80 dischi = 160 testine = 160 bit scritti in un unico passaggio).
Un hard disk, visto dall’alto e al microscopio, appare in questo modo:
Ogni arco di circonferenza prende il nome di Traccia: più tracce formano un Cluster. Uno spicchio di arco si chiama Settore.
Una curiosità: se apriamo le risorse del computer vediamo che l’hard disk è indicato con la lettera C.
Ma se è la memoria di massa più importante, perché C? Non era più corretto A, cioè la prima lettera dell’alfabeto? Per ordine gerarchico il più importante dovrebbe avere la prima lettera. Tutto dipende dalla storia dei personal computer.
I primi personal computer non avevano il disco fisso. Avevano solo il floppy disk, che vedremo nel paragrafo successivo. Quindi il floppy ha preso il nome di unità A.
L’hard disk è arrivato dopo, e visto che ci sono state due tipologie di floppy, floppy da 5 1⁄4 e floppy da 3 1⁄2 (quelli attuali), all’hard disk è stata data la lettera C.
Gli hard disk possono essere anche esterni, collegati attraverso la porta USB. Spesso si usa un hard disk esterno per il backup, operazione che vedremo in seguito.
Se colleghiamo un hard disk esterno gli viene assegnata la prima lettera dell’alfabeto libera: ad esempio D, e così via. Ogni memoria esterna avrà una sua lettera identificativa.
La capacità tipica di un hard disk, a settembre 2014, va dai 500Gb a 1 Terabyte.
La scelta del disco rigido per un computer dipende dalle proprie esigenze personali: se occorre velocità elevata e peso leggero ci si può orientare su dischi rigidi basati su tecnologia flash, che hanno però dimensioni minori e un costo maggiore. Se si desidera avere più spazio a disposizione per memorizzare grandi quantità di dati a costi ridotti, sono preferibili i dischi meccanici, che però sono più lenti. A volte, le case costruttrici si orientano su soluzioni ibride.
La memoria floppy disk
È una delle memorie più “storiche” del PC; nasce con la comparsa dei personal computer.
Il floppy disk è una memoria magnetizzabile permanente con tempo di accesso lento, capacità ridotta, ma trasportabile.
La caratteristica di essere trasportabile, quindi che si può portare da un computer all’altro, è quella che ha permesso la sopravvivenza del floppy, diciamo fino ai giorni nostri: le chiavette USB ne hanno sancito la fine.
Un floppy disk ha una struttura simile a quella dell’hard disk, solo che ha un solo disco.
Un Floppy Disk è un disco di materiale magnetizzato sulle due superfici protetto da una custodia di plastica.
Per accedere alla superficie del disco bisogna spostare la placca metallica. A questo punto, le due testine vanno a contatto con il disco e leggono le informazioni.
La capacità di memorizzazione è piccola, il tempo di accesso è molto lento (c’è anche attrito), ma possono essere facilmente trasportati da un computer ad un altro.
Chiaramente per poter essere utilizzati, il PC deve avere un’apposita apparecchiatura hardware, il lettore di floppy disk.
Il floppy ha subito negli anni una evoluzione sia delle dimensioni che della capacità. I primi floppy, ad uso personale, erano come quello in figura.
Per le loro dimensioni erano chiamati floppy da 5 1⁄4: infatti avevano la forma di un quadrato con lato di cinque pollici e un quarto. Un disco magnetizzabile era racchiuso tra due sottili strati di plastica: una fessura di circa un centimetro lasciava vedere la porzione di disco dove la testina effettuava la lettura/scrittura.
La loro capacità variava da 110Kb a 1,2 Mb.
Era una memoria completamente inaffidabile: si piegavano facilmente, la superficie magnetica era esposta all’aria, alla polvere, ecc.
Sono stati rimpiazzati dai floppy da 3 1⁄2, quelli che troviamo adesso, che hanno una custodia più robusta e la superficie magnetica protetta da una placca metallica.
Anche questo tipo di floppy ha subito una evoluzione.
1. I primi erano i floppy a doppia densità (sigla DD): riescono a memorizzare fino a 720 Kb.
2. L’evoluzione sono i floppy ad alta densità (sigla HD): hanno un aspetto identico ai precedenti ma capacità doppia, 1,44 Mb.
Ma se sono identici come si distinguono l’uno dall’altro?
I floppy HD hanno sul lato superiore due fori. I floppy DD ne hanno uno solo.
Un foro ha una piccola placca che scorre e permette di aprire o chiudere la finestrella. È un meccanismo di protezione:
1. se la finestrella è chiusa il floppy è sprotetto, libero: si può vedere, cancellare, modificare il suo contenuto.
2. Se la finestrella è aperta il floppy è protetto: si può vedere il contenuto ma non si può modificare.
È chiaro che è una protezione risibile: chiunque può aprire o chiudere la finestrella! Diciamo che è una protezione di cortesia: se trovi un floppy con la finestrella aperta vuol dire “per favore, il contenuto è importante per il proprietario, non chiudere il foro per fare modifiche!” Curiosità: per proteggere un floppy da 5 1⁄4 si doveva mettere un pezzo di nastro adesivo su uno dei lati, un po’ come si faceva una volta con le cassette musicali. 25 anni fa, l’informatica era molto ruspante.
Per utilizzare un floppy appena acquistato, che non contiene alcun dato, si dovrebbe eseguire una operazione preliminare detta formattazione.
Il termine formattazione deriva dall'inglese “format”, con cui viene generalmente indicato il comando per la preparazione dei dischetti. La formattazione prepara il floppy a ricevere i dati specificando dove e come devono essere inseriti.
Si può fare un paragone con un parcheggio per le automobili: se non ci sono le righe delimitatrici, ognuno mette la macchina come crede. Se sono tracciate le righe si parcheggia l’auto all’interno degli spazi delimitati.
Quando si formatta un floppy si tracciano le righe, le tracce e i settori citati in precedenza, per parcheggiare i byte.
La formattazione è necessaria perché ci sono vari tipi computer e ognuno ha un suo modo di disporre le tracce: i computer basati su Windows lo fanno in un modo, ma non sono gli unici: esistono i Macintosh, AS400, ecc. che scrivono e leggono in modo diverso.
In realtà questo non è del tutto vero: visto che buona parte del mercato è predominio dei computer basati su Windows, tutti gli altri produttori si adeguano al sistema Windows. Infatti sul mercato ci sono i floppy già formattati, per far risparmiare tempo all'acquirente. Importante è il fatto che la formattazione comporta una cancellazione definitiva del contenuto del floppy. Mai formattare un floppy che contiene dati importanti: si perde tutto!
È utile formattare un floppy quando è infetto da un virus: si perde tutto ma si è sicuri di rimuovere il virus.
Come si fa a formattare un floppy?
È molto semplice. Si fa un clic con il tasto destro sull’icona del floppy. Dal menu contestuale si sceglie la voce Formatta.
A questo punto si può iniziare il processo.
Anche se si fa un clic con il tasto destro sull’icona dell’hard disk appare la voce Formatta. Ma allora si può formattare l’hard disk e perdere definitivamente tutto il contenuto?
Non direttamente, perché l’hard disk contiene Windows: Windows non cancella se stesso, non si suicida.
Le memorie ottiche: CD ROM, CD R, CD R/W, DVD
Nei CD ROM, CD R, CD R/W, DVD si ha una tipologia di memorizzazione completamente diversa dalle precedenti: è una memorizzazione di tipo ottico.
Il primo dispositivo ottico è comparso negli anni 80-90, per la diffusione della musica in formato digitale. Il CD ROM.
La sigla CD ROM sta per Compact Disc Read Only Memory. Il nome fa capire che il CD (almeno in origine) è una memoria a sola lettura.
Infatti il primo tipo di CD era stato costruito dalla Philips e dalla Sony per registrare dei segnali audio su un supporto digitale, un supporto che “ragionasse” a bit. Erano dei dispositivi che servivano solo ad ascoltare la musica, con una qualità superiore rispetto agli Lp, ma di sola lettura: non si doveva scriverci dentro.
La fase di scrittura arrivò più tardi, con i masterizzatori, che vedremo in seguito.
Come si costruisce un CD ROM?
Un CD è formato da un disco in policarbonato, ricoperto da un sottile strato riflettente di alluminio, racchiuso tra due strati di plastica. In pratica, tipo un panino.
Le informazioni sono impresse sulla superficie metallica riflettente attraverso un raggio laser di scrittura che crea delle piccole depressioni. Chiaramente dove il raggio non va ad incidere la superficie rimane liscia.
In questo modo si creano degli avvallamenti e delle zone piane. Tali variazioni possono essere interpretate come numeri binari "Zero" e "Uno", come informazioni binarie.
Quindi i bit vengono scritti in modo ottico e non magnetico come nel caso dell’hard disk e floppy disk.
La superficie così preparata viene poi racchiusa tra due strati di plastica trasparente per evitare che la polvere possa ricoprire i fori. Poi, eventualmente, si applica la copertina del CD.
La lettura avviene tramite un raggio laser (chiaramente meno potente del precedente) che passa attraverso la plastica trasparente e si focalizza sullo strato riflettente del CD. Quando il raggio laser incontra un avvallamento esso viene disperso, mentre incontrando una zona piatta viene riflesso ed intercettato da un diodo rilevatore.
Gli avvallamenti non riflettendo la luce vengono interpretati come segnali 0, mentre le zone piatte sono segnali 1; successivamente questa sequenza viene convertita in sequenza binaria. Questa metodologia costruttiva permette ai CD di avere una densità di informazione superiore ai dispositivi magnetici: infatti nel caso magnetico i bit non possono essere troppo vicini altrimenti la loro carica magnetica verrebbe alterata. Nel caso ottico non c’è questo problema.
Quindi nonostante dimensioni di poco superiori a quelle di un floppy disk, i CD hanno capacità pari a circa 650-700 MB (ancora più grande nei più recenti supporti).
Inoltre i CD sono più affidabili dato che non sono soggetti ai danni derivati da campi magnetici e non temono l’acqua come i supporti magnetici.
Curiosità: il CD, creato dalla Philips e dalla Sony, ha un diametro di 12 cm e può contenere 74 minuti di registrazione. Perché 74?
Perché il direttore della Sony era un fanatico di Beethoven e voleva a tutti i costi un supporto con una qualità musicale eccelsa dove incidere l’intera nona sinfonia.
Il primo Cd audio è stato "52nd Street" di Billy Joel per conto della Sony Music; la Sony produsse anche il primo lettore commerciale.
Nel 1982 il CD audio viene commercializzato, curiosamente, prima in Europa ed in Giappone e poi negli USA.
Superata la sua prima diffusione come supporto musicale, vista la sua capacità ed affidabilità, si pensò di diffondere il CD come supporto di memorizzazione ad uso comune, superando quello che era il suo principale limite, cioè la possibilità di scrittura.
Nacque così il CD-R (CD-Recordable, CD registrabile), la cui scrittura è possibile mediante il masterizzatore, un dispositivo dotato di un raggio laser più potente di un normale lettore, in grado di incidere il CD-R.
Il funzionamento di questo dispositivo riprende quello dei CD-ROM comuni, ma gli avvallamenti e le zone piatte, vengono “simulati”.
In pratica la superficie riflettente viene ricoperta da una pellicola trasparente: tramite il calore generato dal laser del masterizzatore, si modifica la sua trasparenza divenendo al caso opaca (avvallamento) o rimanendo trasparente (parte piana).
Per produrre CD che avessero caratteristiche migliori in termini di compatibilità e durata sono state create molte leghe per il secondo strato riflettente, dando origine alla caratteristica colorazione variabile dei CD-R.
Ultimo nato il CD-RW (CD-ReWritable, CD-Riscrivibile) che possiede la caratteristica di poter
essere scritto più volte. È composto da un materiale cristallino che diviene amorfo al calore del laser e quindi opaco. Non riflettendo più il laser di lettura diventa simile ad un avvallamento. Se invece rimane cristallino riflette il raggio, quindi simula la zona piana.
Per poter essere riscritto, tramite un riscaldamento prolungato a temperatura più bassa è possibile riportare il materiale allo stato cristallino e quindi nuovamente modificabile. Un CD-RW può generalmente sopportare un migliaio di cicli di scrittura-cancellazione.
A questo punto si può chiarire il significato delle sigle 48´, 24´, 4´, che appaino sui CD. Significa:
1. la lettura è 48 volte più veloce rispetto alla velocità di lettura del primo CD;
2. la prima scrittura è 24 volte più veloce rispetto alla velocità di lettura del primo CD;
3. la cancellazione e riscrittura è 4 volte più veloce rispetto alla velocità di lettura del
primo CD.
Naturalmente tutte e tre le sigle sono presenti sui CD-RW.
L’evoluzione naturale dei CD sono i DVD (Digital Versatile Disk) che, utilizzando una tecnologia più raffinata, consentono di migliorare le prestazioni in termini di velocità e capacità (fino a 25 volte più veloci e 20 volte più capaci di un CD ROM). Sono utilizzati come supporto per i film ma anche in ambiti ludici per i videogames.
Da un punto di vista "fisico" il DVD ricorda molto da vicino il tradizionale CD per quanto riguarda forma e dimensioni, ma la differenza sostanziale è la capacità di immagazzinamento.
Grazie a tecniche particolari si riesce a creare degli avvallamenti più vicini e più piccoli, quindi maggiore informazione nella stessa quantità di spazio.
Inoltre il raggio laser riesce a incidere e leggere 4 strati di disco, non 2 (fronte e retro) come per i CD. Si parla di DVD multistrato. La capacità di un DVD dipende da quanti strati vengono incisi: da 4,7 Gb a 17Gb.
Un breve cenno sulla nuova tecnologia di dischi ottici: la tecnologia Blu-ray.
Blu-ray è un nuovo formato di disco per video ad alta definizione che offre sino al sestuplo dei dettagli video rispetto ai DVD tradizionali. Grazie all'utilizzo di un laser a luce blu, i dischi Blu-ray a strato singolo possono contenere sino a 25 GB, mentre quelli a doppio strato possono arrivare a 50 GB.
Le chiavi USB
Una chiave USB (in inglese USB key) è una periferica di memoria trasportabile di piccolo formato che può essere collegata ad una porta USB di un computer.
Una chiave USB ha un supporto di memoria di tipo flash, una memoria a semi-conduttori, non volatile e riscrivibile: i dati non spariscono se è fuori tensione.
Così la memoria flash immagazzina i bit di dati in celle di memoria, ma i dati sono conservati quando l'alimentazione elettrica è interrotta. È capace di memorizzare fino a più gigabyte di dati, attualmente fino a 128 Gb.
Per la sua elevata velocità, la non volatilità e i bassi consumi, una chiave USB è ideale per innumerevoli applicazioni.
Le schede di memoria estraibili
Ormai molti dispositivi elettronici attuali, come cellulari, macchine fotografiche e videocamere digitali, lettori MP3 e MP4, PDA, consolle per videogiochi, ecc. utilizzano per conservare le loro informazioni delle schede di memoria estraibili, dette anche Memory card.
Uno degli elementi trainanti che sta alla base dell'enorme sviluppo e diffusione delle memory card è proprio il mercato dei cellulari, dove è forte la richiesta di memory card in grado di memorizzare una grande quantità di dati, in piccole dimensioni e ad un prezzo contenuto.
Modulo 1 - Nuova ECDL
Il funzionamento delle memory card è paragonabile a quello di un chiave USB: anche in questo caso la memoria è di tipo Flash (detta anche memoria allo stato solido). Si ha quindi una memoria di dimensioni ragguardevoli (da 256 Mb a 64 Gb) trasportabile; una evoluzione dei floppy disk.
Unità di rete, unità di memorizzazione online
In quasi tutte le aziende, laboratori, scuole i computer son collegati tra di loro in rete, cioè sono connessi con dei cavi per permettere la comunicazione tra loro e la
condivisione di risorse, come la stampante. Questo argomento lo svilupperemo meglio nel capitolo dedicato alle reti.
In particolare i computer sono tutti collegato ad un computer centrale chiamato server.
È il computer che coordina le attività dei PC collegati, gli concede l’uso delle risorse in modo ordinato, insomma fa il servitore agli altri computer, mettendo a disposizione le sue potenzialità.
Tra le risorse hardware che il server mette al servizio degli altri computer è la sua memoria di massa. Si parla in questo caso di unità di rete.
I motivi possono essere molteplici:
1. mantenere i dati ingombranti in termine di memoria in un solo PC, in modo da non
occupare la memoria degli altri.
2. evitare la duplicazione di dati tra i vari computer, per avere informazioni omogenee 3. permettere la condivisione di programmi installati su una unica macchina, ecc.
Un fenomeno che sta prendendo sempre più piede è quello delle memorie online, o dischi virtuali. Una memoria on line è come in un magazzino, un hard disk virtuale, uno spazio di memoria in un sito internet che si apre solo se si possiede la password di accesso.
Può essere utile sia come spazio per scambio di file tra utenti (chiaramente tutti in possesso della password), sia per avere una memoria sempre a disposizione, basta collegarsi alla rete, dovunque ci si trovi senza avere il proprio computer. Si può anche usare come sistema avanzato di backup per avere una copia dei propri dati immediatamente accessibile anche in caso di emergenza.