Riassunto Calcolatori elettronici e reti di calcolatori 1

DDR SDRAM

Una limitazione delle memorie SDRAM e che possono inviare dati al processore una sola

volta per ciclo di clock. Una nuova versione di SDRAM, indicata con il nome di DDR

SDRAM (doublc-data-rate SDRAM), e in grado di inviare dati per due volte a ogni ciclo

di clock, una volta durante il fronte di salita del clock e una durante il fronte di discesa.

Capitolo 6

Memoria esterna

Punti chiave

♦ I diselli magnetici rimangono il componente piu importante della memoria esterna.

Dischi rimovibili c dischi fissi sono utilizzati dai piu piccoli ai piu grandi sistemi

di calcolo.

Φ Per ottenere migliori prestazioni e maggior disponibilita, molti sistemi di grandi

dimensioni adottano la tecnologia RAID, ovvero una famiglia di tecniche per lu ti

lizzo di piu dischi in parallelo, dotati di ridondanza implicita per compensare i

guasti del disco.

♦ La tecnologia di memorizzazione ottica c diventata via via piu importante in tutti

i sistemi di elaborazione. Mentre i CD-ROM sono stati ampiamente usati per

molti anni, ora stanno diventando sempre piu importanti i CD masterizzabili e i

DVD.

6.1 Disco magnetico

Un disco e un piatto circolare di materiale non magnetico, chiamato substrato, rivestito

di materiale magnetizzabile. Tradizionalmente, il substrato era in alluminio o in una lega

di alluminio. Piu di recente, sono stati introdotti substrati di vetro che presentano molti

vantaggi, tra cui:

♦ maggior uniformita della pellicola magnetica superficiale, con conseguente miglioramento

dell’affidabilita del disco

♦ significativa riduzione dei difetti complessivi della superficie con conseguente diminuzione

degli errori di lettura-scrittura

♦ minor distanza tra testina e supporto

♦ maggior rigidita

♦ maggiore resistenza a urti e danneggiamenti.

Meccanismi di lettura e scrittura magnetica

I dati vengono memorizzati e in seguito recuperati dal disco tramite una bobina conduttiva

detta testina (head); molti sistemi hanno testine di lettura e di scrittura separate.

Durante le operazioni di lettura e scrittura, la testina e ferma mentre il disco ruota sotto

di essa. Il meccanismo di scrittura e basato sul processo per cui l’elettricità che fluisce attraverso

una bobina produce un campo magnetico. Alla testina di scrittura vengono inviati impulsi,

e nella superficie sottostante vengono registrati schemi magnetici differenti a seconda

che la corrente sia positiva o negativa. Il meccanismo di lettura tradizionale e basato sul fatto che un campo magnetico in

movimento relativo rispetto a una bobina produce in essa una corrente elettrica. La porzione

di superficie del disco che passa sotto la testina genera una corrente della stessa polarità

di quella precedentemente registrata.

Organizzazione e formattazione dei dati

La testina e un dispositivo relativamente piccolo in grado di leggere o scrivere su una porzione

del disco rotante. Cio origina la disposizione fisica dei dati in anelli concentrici, chiamati

tracce {track). Le tracce hanno la stessa larghezza della testina, e ne esistono migliaia

per ciascun piatto.

Le informazioni possono

quindi essere lette alla stessa velocita facendo ruotare il disco a velocita angolare costante.

Poiche la in bit per centimetro lineare, cresce spostandosi dalla traccia piu

densita,

esterna a quella piu interna, la capacita di memorizzazione dei semplici dischi a velocita

angolare costante e limitata dalla massima densita ottenibile sulla traccia piu interna.

Caratteristiche fisiche

Nei si trova una testina di lettura-scrittura per ciascuna traccia.

dischi a testina fissa

Nei invece, troviamo un’unica testina

dischi a testina mobile,

di lettura-scrittura, anch essa montata su un braccio. Dato che la testina deve essere in grado

di raggiungere qualsiasi traccia, il braccio puo estendersi o ritrarsi.

Il rimane permanentemente montato nel proprio telaio. Ad esempio, il disco fisso dei personal computer

disco non rimovibile

non e rimovibile. Al contrario i possono essere asportati e sostituiti

dischi rimovibili

con altri dischi.

Nei modelli che hanno (;multiple platter) impilati verticalmente a distanza

piu piatti

di qualche centimetro, sono presenti piu bracci.

Parametri delle prestazioni del disco

Sui sistemi a testina mobile, il tempo richiesto per posizionare la testina sulla traccia e noto come tempo di posizionamento.

Una volta che la traccia e stata selezionata, il controllore del disco attende

finche il settore appropriato ruota per allinearsi con la testina. Il tempo richiesto affinche l’inizio del settore raggiunga la

testina e noto come o (rotational delay). La somma dell’eventuale tempo di posizionamento e del

ritardo, latenza rotazionale

ritardo rotazionale equivale al (access time), ossia il tempo richiesto per il posizionamento.

tempo di accesso

6.2 RAID

Come precedentemente detto, la rapidita nei miglioramenti delle prestazioni delle memorie

secondarie e stata decisamente inferiore rispetto a quelli di processori e memorie principali.

Questo disallineamento ha reso il sistema disco forse il principale argomento di interesse

nella ricerca per migliorare le prestazioni complessive di un sistema di elaborazione.

Fortunatamente, l’industria ha concordato uno schema standardizzato perla progettazione

di basi di dati su piu dischi, schema noto come RAID {redundant array of independent disk).

Lo schema RAID consiste di 7 livelli,3 da 0 a 6. Questi livelli non implicano una relazione

gerarchica, ma designano differenti architetture progettuali che condividono tre

caratteristiche comuni.

1. RAID e un insieme di dischi fisici visti dal sistema operativo come una singola unita;

2. i dati sono distribuiti sui dischi dell’insieme;

3. la capacita ridondante viene utilizzata per memorizzare informazioni di parita, che

garantiscono il recupero dei dati in caso di guasto.

RAID livello 0

II RAID livello 0 non e un vero componente della famiglia RAID, in quanto non include

la ridondanza per migliorare le prestazioni. Per il RAID 0, i dati dell’utente c di sistema sono distribuiti su tutti i dischi dell

array.

Cio presenta un netto vantaggio rispetto all’uso di un unico grande disco: nel caso di

due richieste di I/O rivolte a due differenti blocchi di dati, esiste un’alta probabilita che i

dati richiesti si trovino su dischi differenti. Dunque, le due richieste possono essere trattate

in parallelo.

RAID Livello 1

Il RAID 1 differisce dai RAID di livello piu alto per il modo in cui si ottiene la ridondanza. In RAID 1 la ridondanza viene

ottenuta semplicemente duplicando tutti i dati.

L’organizzazione RAID 1 comporta numerosi aspetti positivi.

1. Una richiesta di lettura puo essere soddisfatta dal disco, dei due che contengono i dati

richiesti, chc presenta la minor somma dei tempi di posizionamento e di latenza

rotazionale.

2. Una richiesta di scrittura richiede l’aggiornamento di entrambe le strisce corrispondenti,

ma questa operazione puo essere eseguita in parallelo. Dunque, le prestazioni

in scrittura sono dettate dalla piu lenta delle due scritture (ad esempio, quella che implica

la somma piu grande tra tempo di posizionamento c latenza rotazionale).

Comunque, con il RAID 1 non c’è “penalita di scrittura”. I livelli RAID dal 2 al 6 implicano

l’uso dei bit di parita. Dunque, quando una singola striscia viene aggiornata,

il software di gestione dell array deve prima calcolare e aggiornare i bit di parita e quindi

aggiornare la striscia in questione.

3. La ripresa dopo un guasto e semplice. Se un disco ha un malfunzionamento, i dati sono

disponibili sull’altro.

RAID Livello 2

I RAID livello 2 e 3 utilizzano tecniche di accesso parallelo. Tutti i dischi di un array ad

accesso parallelo partecipano all’esecuzione delle richieste di I/O. Come negli altri schemi RAID, si adotta lo striping dei dati.

Nel caso del RAID 2 e 3, le strisce sono molto piccole, spesso quanto un singolo byte o una singola parola. RAID 2 richiede

meno dischi rispetto al RAID 1, ma rimane comunque piuttosto dispendioso. RAID 2 si rivelerebbe efficace in un ambiente in

cui si verificano molti errori di disco. Data l’alta affidabilita dei dischi, RAID 2 non viene implementato.

RAID Livello 3

Organizzato in modo simile a RAID 2, RAID 3 richiede pero un solo disco ridondante,

indipendentemente dal numero di dischi dell’array c utilizza l’accesso parallelo, con i dati

distribuiti in piccole strisce. In caso di guasto, si accede al disco di parita e i dati vengono ricostruiti

RAID Livello 4

I livelli RAID dal 4 al 6 utilizzano una specifica tecnica di accesso. In questi array i dischi

operano in modo indipendente, cosicche richieste di I/O separate possano essere soddisfatte

contemporaneamente. Come negli altri schemi RAID, si adotta lo striping dei dati. Lc strisce dei RAID dal

4 al 6, sono relativamente grandi. RAID 4 utilizza una striscia di parita bit a bit sulle corrispondenti

strisce di ciascun disco dati, e i bit di parita sono memorizzati nella corrispondente striscia sul disco di parita.

RAID Livello 5

Organizzato in modo simile al precedente, RAID 5 si differenzia da questo in quanto distribuisce

le strisce di parita su tutti i dischi.

RAID Livello 6

Nello schema RAID 6 si effettuano due distinti calcoli della parita che sono

memorizzati in blocchi separati su dischi differenti. Cosi, un sistema RAID 6 i cui dati

utente richiedono N dischi consiste di N+ 2 dischi. Il vantaggio del RAID 6 consiste nel Tal rissi ma disponibilita dei dati. Per

provocare la perdita dei dati, dovrebbero guastarsi tre dischi nell’arco del tempo medio di riparazione.

6.3 Memorie ottiche

CD-ROM

CD audio e CD-ROM (compact disk read-only memory) condividono una tecnologia similare.

La principale differenza risiede nel fatto che i lettori CD-ROM sono meno levigati

e presentano dispositivi di correzione degli errori per assicurare la correttezza del trasferimento

dati tra disco e processore. Il supporto fisico dei due dischi e formato da una

resina (policarbonato) e le informazioni registrate digitalmente (musica o dati) sono stampate

come una serie di microscopici pozzetti (pit) sulla superficie di policarbonato.

Le informazioni vengono recuperate tramite un laser a bassa potenza. Il raggio laser

penetra il policarbonato mentre un motore fa ruotare il disco. I dati su un CD-ROM sono organizzati come una sequenza di

blocchi. Il CD-ROM risulta appropriato per la distribuzione di grandi quantita di dati a un

gran numero di utenti. Poiche la spesa del processo iniziale di scrittura e elevata, non e adeguato

alle applicazioni individuali. Rispetto ai tradizionali dischi fissi, il CD-ROM presenta

due vantaggi.

♦ Il disco ottico insieme alle informazioni memorizzate puo essere massicciamente replicato

con una spesa modesta, a differenza del disco magnetico. 1 dati di un disco magnetico

devono essere riprodotti copiando un disco alla volta utilizzando due drive.

♦ Il disco ottico e rimovibile, qu