Appunti Architetture dei Calcolatori e Cloud Computing

ORGANIZZAZIONE E FORMATTAZIONE DEI DATI

La testina è un dispositivo relativamente piccolo in grado di leggere o scrivere su una porzione del piatto che ruota sotto di essa. I dati sono organizzati sul piatto in un insieme di tracce concentriche di anelli, chiamati spazi intertraccia. Ogni traccia ha la stessa larghezza della testata. Ci sono migliaia di tracce per superficie. Le tracce adiacenti sono separate da settori. Questo perché previene, o almeno minimizza, gli errori dovuti al disallineamento della testina o semplicemente all'interferenza dei campi magnetici. Le tracce sono divise in centinaia di settori per traccia e questi possono essere di lunghezza fissa o variabile. Velocità del disco Un po' vicino al centro di un disco rotante viaggia oltre un punto fisso (come una testina di lettura-scrittura) più lentamente di un po' all'esterno. Pertanto, è necessario trovare un modo per compensare la variazione di.velocità in modo che la testina possa leggere tutti i bit alla stessa velocità. Questo può essere fatto definendo una spaziatura variabile tra i bit di informazione registrati in posizioni sul disco, in modo che le tracce più esterne abbiano settori con spaziatura maggiore. Le informazioni possono quindi essere scansionate alla stessa velocità angolare ruotando il disco a una velocità fissa, nota come costante (CAV). Lo svantaggio del CAV è che la quantità di dati che può essere memorizzata sulle tracce esterne lunghe è la stessa che può essere memorizzata sulle tracce interne corte. RAID RAID ("insieme ridondante di dischi indipendenti"), è un insieme di unità disco fisiche visualizzate dal sistema operativo come una singola unità logica. I dati sono distribuiti tra le unità fisiche di un array in uno schema noto come striping, in modo tale daLIVELLO 1 offre una maggiore sicurezza dei dati rispetto a RAID 0, poiché se uno dei dischi fallisce, i dati possono essere recuperati dal disco mirror. RAID LIVELLO 2 Il livello RAID 2 utilizza la tecnologia di correzione degli errori a bit per migliorare l'affidabilità dei dati. I dati vengono suddivisi in bit e distribuiti su dischi diversi, insieme ai bit di correzione degli errori. In caso di errore su uno dei dischi, i bit di correzione possono essere utilizzati per ripristinare i dati corretti. RAID LIVELLO 3 Il livello RAID 3 utilizza la tecnologia di striping dei dati, ma con un disco dedicato per la parità. I dati vengono suddivisi in blocchi e distribuiti su tutti i dischi dell'array, mentre il disco di parità memorizza le informazioni di parità per i blocchi corrispondenti. Questo livello offre una buona velocità di lettura, ma una velocità di scrittura ridotta a causa del disco di parità. RAID LIVELLO 4 Il livello RAID 4 è simile al livello 3, ma utilizza il striping dei dati a livello di blocco anziché a livello di byte. Ciò consente una migliore velocità di scrittura rispetto al livello 3, ma può causare un collo di bottiglia se più richieste di scrittura vengono inviate contemporaneamente. RAID LIVELLO 5 Il livello RAID 5 utilizza la tecnologia di striping dei dati con parità distribuita. I dati vengono suddivisi in blocchi e distribuiti su tutti i dischi dell'array, insieme ai blocchi di parità. Questo livello offre una buona velocità di lettura e una buona affidabilità dei dati, poiché i dati possono essere recuperati anche se uno dei dischi fallisce. RAID LIVELLO 6 Il livello RAID 6 è simile al livello 5, ma utilizza due blocchi di parità invece di uno. Ciò offre una maggiore affidabilità dei dati, poiché i dati possono essere recuperati anche se due dischi falliscono contemporaneamente. In conclusione, il RAID è una tecnologia che consente di migliorare le prestazioni e l'affidabilità dei sistemi di archiviazione dati, consentendo l'accesso simultaneo ai dati da più unità.

1 può essere implementato anche senza lo striping dei dati, sebbene questo sia meno comune. Ci sono gli altri RAID ma sinceramente non so quanto convenga farseli tutti.

OPTICAL STORAGE (CD-ROM)

Sia il CD audio che il CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory) condividono una tecnologia simile. La differenza principale è che i lettori CD-ROM sono più robusti e dispongono di dispositivi di correzione degli errori per garantire che i dati vengano trasferiti correttamente dal disco al computer. Entrambi i tipi di disco sono realizzati allo stesso modo.

Il disco è formato da una resina, come il policarbonato. Le informazioni registrate digitalmente (musica o dati del computer) vengono impresse come una serie di buchi microscopici sulla superficie del policarbonato con un laser ad alta intensità finemente focalizzato per creare un disco master. La superficie viene quindi rivestita con un film altamente riflettente, solitamente alluminio o oro. Questa superficie lucida

è possibile memorizzare una quantità di dati molto maggiore rispetto a un CD-ROM. Un DVD può contenere fino a 4,7 GB di dati su un singolo strato e fino a 8,5 GB su un doppio strato. Questo è possibile grazie alla tecnologia di registrazione ad alta densità utilizzata nei DVD. Come per i CD-ROM, anche i DVD utilizzano un laser per leggere i dati. Tuttavia, il laser utilizzato nei DVD ha una lunghezza d'onda più corta rispetto a quello utilizzato nei CD-ROM. Ciò consente di scrivere e leggere dati su tracce più sottili e di avere una maggiore densità di dati. I DVD possono essere utilizzati per memorizzare diversi tipi di dati, come film, musica, software e file di dati. Sono anche utilizzati per la distribuzione di film in formato digitale, grazie alla loro capacità di memorizzare video ad alta definizione. Per leggere un DVD è necessario un lettore DVD, che può essere integrato in un computer o in un lettore DVD autonomo. I lettori DVD possono anche essere utilizzati per scrivere dati su DVD vergini, consentendo di creare i propri DVD personalizzati. In conclusione, i DVD offrono una maggiore capacità di memorizzazione rispetto ai CD-ROM e sono utilizzati per una vasta gamma di scopi, dalla distribuzione di film alla memorizzazione di dati personali.

Ovvero Digital Versatile Disk, l'industria elettronica ha finalmente trovato un sostituto accettabile per il nastro video VHS analogico, la videocassetta usata nei videoregistratori (VCR) e, cosa più importante, ha sostituito il CD-ROM. Il DVD porta il video nell'era digitale. Offre film con una qualità dell'immagine impressionante e può essere consultato in modo casuale come i CD audio, che possono essere riprodotti anche dalle macchine DVD. È possibile stipare sul disco enormi volumi di dati, circa sette volte più di un CD-ROM. Con l'enorme capacità di archiviazione del DVD e la qualità vivida, i giochi per PC sono diventati più realistici e il software educativo incorpora più video.

DISCHI OTTICI AD ALTA DEFINIZIONE

I dischi ottici ad alta definizione sono progettati per memorizzare video ad alta definizione e per fornire una capacità di archiviazione significativamente maggiore rispetto ai DVD.

La maggiore densità di bit si ottiene utilizzando un laser con una lunghezza d'onda più corta, nella gamma blu-viola. Le cavità di dati, che costituiscono gli 1 e gli 0 digitali, sono più piccoli sui dischi ottici ad alta definizione rispetto ai DVD a causa della lunghezza d'onda del laser più corta. Lo schema Blu-ray alla fine ha raggiunto il dominio del mercato.

NASTRI MAGNETICI
I sistemi a nastro utilizzano le stesse tecniche di lettura e registrazione dei sistemi a disco. Il mezzo è un nastro di poliestere flessibile rivestito con materiale magnetizzabile. I dati sul nastro sono strutturati come un numero di tracce parallele che corrono longitudinalmente. I sistemi a nastro precedenti in genere utilizzavano nove tracce. Ciò ha permesso di memorizzare i dati un byte alla volta, con un bit di parità aggiuntivo come nona traccia. Questo è stato seguito da sistemi a nastro che utilizzano 18 o 36 tracce, corrispondenti a una

parola digitale o doppia parola. La registrazione dei dati in questo modulo è denominata registrazione parallela. La maggior parte dei sistemi moderni utilizza invece la registrazione seriale, in cui i dati sono disposti come una sequenza di bit lungo ciascuna traccia, come si fa con i dischi magnetici. Come per il disco, i dati vengono letti e scritti in blocchi contigui, chiamati record fisici, su un nastro. I blocchi sul nastro sono separati da spazi vuoti chiamati spazi interrecord. Come per il disco, il nastro è formattato per facilitare l'individuazione dei record fisici.

La tipica tecnica di registrazione utilizzata nei nastri seriali è denominata registrazione a serpentina. In questa tecnica, durante la registrazione dei dati, la prima serie di bit viene registrata lungo l'intera lunghezza del nastro.

CAPITOLO 7 - INPUT/OUTPUT

I/O MODULE FUNCTION

Le principali funzioni o requisiti per un modulo I/O rientrano nelle seguenti categorie:

• Control & Timing:

coordinare il flusso di dati tra risorse interne e dispositivi esterni o tra CPU e RAM.

CPU Communication: Decoding dei comandi da parte del processore (inviati come segnali sul bus di controllo), status reporting (questo perché le periferiche sono generalmente lente ed è quindi importante controllare lo stato), address recognition (come la memoria anche ogni dispositivo I/O ha un indirizzo e deve essere riconosciuto).

Device Communication: Il modulo I/O deve eseguire la comunicazione con il dispositivo e coinvolge comandi, informazioni sullo stato e dati.

Data Buffering: Il modulo I/O deve adattare la velocità della CPU a quella della periferica tramite un buffer come nella memoria cache.

Error Detection: Rilevamento di errori sia software che hardware.

Le tre tecniche di input di un blocco dati:

I/O Programmato con Busy Waiting: Quindi la CPU ha il controllo diretto sui dispositivi I/O. Controlla lo stato del modulo I/O che restituisce

Il suo stato, e se pronto la CPU richiede il trasferimento dati, altrimenti riviene controllato lo stato. Il modulo I/O successivamente riceve i dati dal dispositivo e li trasferisce alla CPU e li scrive poi in memoria. L'I/O è mappato in memoria e quindi esiste un unico spazio di indirizzi per le posizioni di memoria e i dispositivi I/O e utilizza le stesse istruzioni della macchina per accedere ad entrambi.

I/O Guidato da interrupt:

• Si evita il loop di polling del device I/O, il processore emette un comando di I/O a un modulo e poi continui a fare qualche altro lavoro utile. Il modulo I/O interromperà quindi il processore per richiedere il servizio quando sarà pronto per lo scambio di dati con il processore. La CPU completa sempre la corrente istruzione e poi passa a gestire l'interrupt, salvando nello stack lo stato della funzione corrente.

Due problemi nell'implementazione dell'I/O di interrupt sorgono di progettazione:

1. Poiché ci

saranno più moduli I/O, come fa il processore a determinare quale dispositivo ha emesso l'interrupt? 2. Se si sono verificati più interrupt, come fa il processore a decidere quale elaborare? Daisy-Chain. La tecnica più efficiente è utilizzare una Daisy-Chain. Per gli interrupt, tutti i moduli I/O condividono una linea di richiesta di interrupt comune collegata alla Daisy-Chain attraverso i moduli. Quando il processore rileva un'interruzione, invia una conferma di interruzione che si propaga fino a raggiungere un modulo richiedente. Il modulo richiedente risponde inserendo una parola sulle linee dati. Questa parola viene definita vettore ed è l'indirizzo del modulo I/O. Il processore utilizza il vettore come puntatore alla routine di servizio del dispositivo. Ogni linea di interruzione ha una priorità (le linee con priorità più alta possono interrompere le linee con priorità più bassa, solitamente i dispositivi nella Daisy-Chain).

Daisy-Chain sono ordinati per priorità).