13-Da 5 MB a 50.000 MB: le memorie di massa

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In un computer le memorie di massa sono essenzialmente le unità a disco: il disco fisso o rigido (hard disk), il dischetto (floppy disk), il compact disk. Le prime due sono memorie di tipo magnetico, la terza di tipo ottico. Esistono altre memorie magnetiche, come i dischi Zip o i nastri, e altre memorie ottiche (i DVD). Questi ultimi, in particolare, stanno progressivamente soppiantando i tradizionali CD.
Le memorie di massa servono per conservare i programmi installati sul computer e i dati che non devono andare perduti. Se scriviamo, per esempio, una lettera con un programma di video scrittura, il nostro lavoro si trova nella RAM di sistema. Questa però, come sappiamo, perde tutto il suo contenuto quando il PC viene spento. Diventa quindi necessario salvare il nostro lavoro su una memoria di massa se non vogliamo perdere tutto. Le memorie di massa sono molto più lente della RAM (circa un milione di volte), ma sono preziose in quanto non volatili. 

Dischi magnetici
I dischi fissi o hard disk possono conservare enormi quantità di informazioni. Le dimensioni di queste memorie sono tipicamente comprese ormai fra 500 e 1.000 GB, ma continuano a crescere. Ricordiamo che i primi personal non disponevano di disco fisso ma solo di un floppy (o due) da 180 KB. Il primo PC con disco fisso (1983, PC XT) conteneva una unità di ben 5 MB che, per i tempi, era considerata un valore astronomico. In meno di 20 anni la capacità degli hard disk è aumentata di 10.000 volte! Negli hard disk i dati sono scritti sotto forma magnetica sulla superficie di un disco, chiamato piatto. Ogni piatto ha un diametro di 3,5 pollici, come i floppy, generalmente è di alluminio o lega con alluminio, ed è ricoperto da un sottile strato (film) di materiale magnetico. Gli hard disk attuali contengono diversi piatti per aumentare la capacità. Ogni faccia è dotata di una testina di lettura/scrittura. La testina, una per ogni faccia del piatto, permette di scrivere i dati proprio come se fosse la testina di un giradischi, senza però che avvenga un contatto fisico tra le due parti. I dati memorizzati nell’hard disk sono organizzati per tracce e settori: le tracce sono piste concentriche sulla superficie del piatto, ogni traccia è quindi divisa in settori. Ciascun settore può contenere 512 byte. 

Struttura della superficie di un piatto: A) Traccia B) Settore C) Settore di una traccia (o anche traccia di un settore)  D) Cluster, insieme di frammenti di tracce contigui	Come si presenta un hard disk aprendo il contenitore metallico.	Testina di lettura di un hard disk

Esistono due tipi principali di hard disk, le unità EIDE e quelle SCSI (leggi scàsi). Le prime sono quelle comunemente installate nei PC, mentre le seconde sono destinate ad impieghi più professionali per la loro maggiore velocità e affidabilità. Un altro vantaggio dello SCSI sta nel fatto che le diverse periferiche possono utilizzare il bus SCSI anche contemporaneamente, mentre con un controller EIDE due unità collegate allo stesso canale non possono occupare il bus contemporaneamente (per il concetto di bus vedi più oltre). Per installare un disco SCSI bisogna inserire nel PC una apposita scheda (adattatore SCSI).

Un’evoluzione dello SCSI è Serial Attached SCSI (SAS) è una tecnologia o interfaccia di trasferimento dati, studiata per lavorare sia con dispositivi ad accesso diretto, come i dischi fissi, sia per quelli ad accesso sequenziale, come i nastri magnetici. Il protocollo di comunicazione è seriale punto-punto diversamente dal bus SCSI di tipo parallelo introdotto nella metà degli anni ottanta.

Altra interfaccia è la Serial ATA (abbreviazione dell’inglese “Serial Advanced Technology Attachment”), in sigla SATA, interfaccia per computer generalmente utilizzata per connettere hard disk o drive ottici (masterizzatori e/o lettori di DVD, CD, ecc.)

Il Serial ATA è l’evoluzione dell’ATA (anche conosciuto come IDE), rinominato Parallel ATA (PATA) in seguito alla nascita del Serial ATA in modo da evitare fraintendimenti, rispetto al quale il Serial ATA presenta tre principali vantaggi: maggiore velocità, cavi meno ingombranti e possibilità di hot swap.

Gli hard disk esterni di ultima generazione possono essere collegati al computer tramite l’interfaccia ESATA oltre alla classica porta USB 2.0, la porta USB 3.0 o la più moderna USB 3.1.

Le specifiche tecniche più importanti di un hard disk sono, oltre alla capacità, la velocità di rotazione, il tempo di accesso e il transfer rate.

I dischi EIDE raggiungono ormai le 7.200 rotazioni per minuto (rpm), gli SCSI arrivano a 10.000.

Il tempo di accesso è dell’ordine dei 10 ms o inferiore. Il transfer rate è la velocità con cui le informazioni sono lette sul disco e trasferite in RAM.

Dischi ottici: CD e DVD
Il Compact Disk Audio (CDA) come lo conosciamo oggi è nato nel 1982 in seguito ad un accordo fra i principali produttori di apparecchiature audio. In quell’occasione venne adottato lo standard definito da Philips e Sony nel cosiddetto Red Book.

Secondo questo standard, il disco è diviso in tracce, una per ciascun brano musicale, le tracce sono divise in settori e ogni settore contiene 2.352 byte di dati. I file musicali sono campionati alla frequenza di 44,1 kHz (si preleva un campione ogni due centimillesimi di secondo) e codificati a 16 bit. Un minuto di musica occupa circa 10 Mbyte di spazio sul disco. Il tempo di esecuzione di un CD da 12 cm è di 74 minuti, mentre quello di un CD da 8 cm è di circa 21 minuti. Il numero massimo di tracce è 99.

I CD si sono evoluti molto da quel lontano 1982. Ben presto si comprese che potevano servire per contenere dati, oltre che musica e così, nel 1985 nasce il CD ROM, CD di sola lettura. Si tratta di un disco del diametro di 12 centimetri che memorizza le informazioni in modo permanente su uno strato metallico leggibile mediante raggio laser. Il sottile foglio metallico è racchiuso tra due dischi di plastica trasparente, così da conferirgli rigidità e al tempo stesso permettere il passaggio della luce di cui è composto il raggio di lettura. Questi dischi contengono dati, suono (anche nella forma di brani musicali), immagini e filmati video.

I dati sono memorizzati in modo diverso rispetto ai brani musicali. Mentre per questi, come abbiamo visto, a ciascun brano corrisponde una traccia, tutti i dati vengono memorizzati in un’unica traccia.

Un normale lettore di CD audio non può leggere un CD-ROM e bisogna utilizzare un lettore apposito collegato a un computer. Un CD-ROM contiene 650 MB di dati (681.984.000 byte o caratteri). Il formato è stato sviluppato da Sony e da Philips e le specifiche sono contenute nel documento chiamato Yellow Book (libro giallo). Un CD ROM può contenere grandi quantità di informazioni ed è un supporto molto usato per distribuire programmi di lavoro, giochi, persino intere enciclopedie.

Nel 1988, nasce il CDR, il CD registrabile. Si basa sul formato ISO 9660 per la directory e il metodo di scrittura definito da Sony e Philips nella seconda parte del cosiddetto Orange Book. I CD-R sono usati per produrre CD con contenuto proprio oppure per creare copie di CD già esistenti. I dischi così generati possono essere letti con un qualsiasi lettore di CD-ROM e non possono più essere modificati. Di conseguenza si avvia anche la produzione dei masterizzatori, inizialmente molto costosi ma oggi accessibili a tutti. Oggi chiunque può farsi un CD in casa. Questi dischi hanno capacità diverse (650 MB, 700 MB ecc.). I CD riscrivibili o CD RW sono entrati in commercio nel 1997. Un CD RW può essere scritto e riscritto fino a 1000 volte.

La capacita di memorizzazione di un CD RW è approssimativamente pari a 680 MB.

La lettura dei CD è di tipo ottico. Un diodo laser emette un raggio di luce che colpisce la superficie del disco. Dove è stato memorizzato un bit 1 il raggio non viene riflesso, altrimenti (se c’è uno 0) il raggio di luce torna indietro e viene raccolto da un sensore (fotodiodo).

Fra un tipo e l’altro di CD cambia il meccanismo di scrittura. I CD ROM sono scritti in modo indelebile mediante bruciatura di alcuni punti della superficie. In questi punti (detti pit) il disco diventa scuro e non riflette. Dove invece non c’è stata bruciatura (land) il disco riflette normalmente.

Nei CD riscrivibili (realizzati con materiali diversi dai primi) il calore prodotto dal laser di scrittura altera le proprietà chimiche della superficie, che perde il potere riflettente. Queste alterazioni possono essere rimosse in fase di riscrittura.

La lettura dei compact disk è un procedimento complesso e delicato. Il raggio laser può essere riflesso oppure no dalla superficie.
Se c’è riflessione, questa arriva al lettore (fotodiodo-di lato nella figura-) e viene considerata come 0, se non c’è riflessione il dato corrisponde a 1.

Velocità dei lettori di CD
I primi lettori di CD-ROM (fine anni Ottanta) leggevano dati con una velocità (transfer rate) di 150 KB per secondo. Questo valore, detto 1X (leggi 1 per), è tuttora utilizzato come riferimento per i lettori di generazione successiva. Le prime unità CD potevano essere utilizzate per ascoltare musica oppure per trasferire dati dal CD alla memoria centrale e al disco del computer, ma non erano assolutamente idonee per applicazioni multimediali.

La velocità dei lettori di CD è definita a partire da quella fondamentale. Un lettore 48X ruota ad una velocità 48 volte superiore rispetto a quella delle unità 1X. In realtà questa velocità è una velocità massima, che viene raggiunta solo in qualche fase della lettura. Un CD ruota a velocità variabile, perché il motore fa girare il disco più velocemente quando vengono letti i dati in prossimità del bordo esterno, per mantenere costante la frequenza di lettura in ogni punto del disco. La velocità media è quindi circa la metà di quella massima.

I DVD
La nascita del DVD è stata molto travagliata. Philips e Sony da una parte, Toshiba dall’altra, cercavano di imporre a tutto il mondo un loro formato per il Digital Video Disk (all’inizio si chiamava così). Per un bel po’ di anni è stata solo guerra e l’acquirente non sapeva mai se il disco da acquistare era compatibile col suo lettore, se avrebbe potuto o no vedere il suo film preferito, e via di seguito. Finalmente nel 1996 tutti si sono decisi a mettersi d’accordo e così è nato il Digital Versatile Disk come lo conosciamo oggi, il Disco Versatile Digitale.

Versatile perché può contenere interi film, persino in 6 lingue, ma anche dati di ogni tipo, enciclopedie, giochi e molto altro, come un grande CD. Ed in effetti è proprio grande, perché può contenere da 4,7 a 18 GB, l’equivalente, rispettivamente, di 7 o 26 CD.

Il DVD può avere, su ciascuna faccia, due strati distinti sovrapposti dove sono contenuti i dati. Il primo strato è semitrasparente, ed il laser della testina è calibrato per leggerlo senza problemi. Per leggere il secondo strato, viene cambiata la messa a fuoco del laser, in modo da farlo penetrare attraverso il primo strato e leggere i dati contenuti sul secondo strato. Con questa tecnica si può raddoppiare la quantità di dati.

Ciascuno strato contiene 4,7 GB e quindi: 

1 strato 1 faccia = 4,7 GB

1 strato 2 facce = 9,4 GB

2 strati 2 facce = 18 GB

Oltre a questo, la capacità è aumentata grazie ad una diversa tecnica di scrittura che consente una maggiore densità di dati per unità di superficie rispetto a quella dei CD.

La qualità dei filmati su DVD è certamente superiore a quella dei CD, ma anche il suono è superiore. Un DVD contiene 8 piste sonore, il che consente appunto la versione in più lingue e l’uso della tecnica del Dolby System. Inoltre è disponibile la funzione di visione multi angolare. Per esempio, una partita di calcio può essere filmata da diverse angolazioni e registrata su DVD. In questo caso è possibile vedere una rete da qualsiasi delle angolazioni filmate, a scelta dello spettatore. Il lettore DVD può essere collegato al PC, ma anche al televisore mediante appositi cavetti, e persino all’impianto Hi-Fi, se vogliamo godere di tutti gli effetti speciali di un film (o semplicemente di musica di alta qualità). In commercio vi sono i registratori di DVD, che dovrebbero in prospettiva soppiantare gli attuali video registratori. Infatti si collegano ad un apparecchio TV e possono riscrivere lo stesso disco fino a 1000 volte.

I codici regionali

Naturalmente non sono tutte rose e fiori, nel mondo DVD. Per evitare danni (!) ai produttori cinematografici, l’industria ha inventato un sistema di codici regionali per cui un lettore DVD può riconoscere solo dischi contrassegnati da un codice uguale al suo. Riportiamo i codici attualmente in vigore.

1. USA e Canada
2. Giappone, Europa, Medio Oriente
3. Sud Est Asiatico, Asia Orientale (compresa Hong Kong)
4. Australia, Nuova Zelanda, Centro America, Sud America
5. Europa Orientale, India, Africa, Nord Corea, Mongolia
6. Cina
7. non assegnato
8. Speciale (aerei, navi, ecc.)

Per esempio, se acquistiamo un lettore DVD prodotto per il mercato italiano, questo potrà riconoscere solo dischi contrassegnati con il codice 2. Esistono però anche dischi senza codice, universalmente riconosciuti.

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