La memoria in un disco La fisica nei dati

Cosa c’entra la fisica? Un compito importante della progettazione fisica è quello di definire le strutture di memorizzazione delle tabelle, cioè la successione di elementi chiave che ha lo scopo di individuare il valore associativo, infatti può essere paragonata ad una funzione matematica di tipo surgettivo, (organizzazione primaria dei dati) e le strutture ausiliarie di accesso ai dati (organizzazione secondaria dei dati).

Memorizzazione magnetica Lettura e scrittura dei dati avvengono tramite testine; Ogni testina è un elettromagnete che può magnetizzare o smagnetizzare piccoli settori dei piatti; C’è una testina per ogni faccia di un piatto. 3

La memoria Una struttura di memorizzazione per una tabella è una struttura di dati che consente di salvare in memoria i dati della tabella. La memoria degli attuali calcolatori si divide in secondaria e primaria: -memoria primaria: permette un uso diretto e un accesso veloce da parte del processore, è costosa e volatile, quindi funziona con la corrente elettrica e dunque perde il suo contenuto se la corrente viene a mancare. Esempi sono la RAM dinamica e quella statica. -memoria secondaria: non permette un uso diretto da parte del processore, ma il suo contenuto, per poter essere elaborato, deve prima essere caricato in memoria, per cui l’accesso ai dati è più lento. Questo tipo di memoria è poco costosa, ma permanente, poiché non dipende dalla presenza di corrente elettrica. Esempi sono i dischi magnetici, quelli ottici e i nastri.

Dischi magnetici, ottici e nastri Un disco magnetico memorizza una singola unità di informazione (bit) magnetizzando opportunamente un’area del disco. Nei dischi ottici la memorizzazione avviene tramite incisioni operate da un laser sulla superficie metallica, quando le informazioni devono essere riutilizzate il laser ripercorre la superficie del disco e caratterizza le informazioni scritte proiettando un raggio di luce, creando un angolo di rifrazione. I nastri magnetici sono memorie di massa, realizzati con una sottile striscia di plastica, rivestita di materiale magnetizzabile.

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Storia: i cambiamenti Nel 1967 viene utilizzato per memorizzare i dati il floppy disk, che ha un continuo sviluppo fino agli anni 80, diventato sempre più piccolo e più capiente viene usato come memoria di massa economica. Negli anni novanta l’ aumento della dimensione del software costrinse a distribuire molti programmi su più di un floppy disk. La distribuzione del software migrò gradualmente verso i CD-ROM e furono introdotti nuovi formati di backup con capacità maggiore. Con l’avvento delle pen-drive USB, i floppy disk divennero obsoleti.

I supporti di memoria In informatica e elettronica un supporto di memoria o di informazione, è un dispositivo di memorizzazione su cui si registrano informazioni. Il termine è utilizzato soprattutto in riferimento a file, audio e video.

Categorie di supporti Un primo criterio utilizzato per distinguere i diversi supporti considera la forma analogica o digitale dell’informazioni memorizzata: -Supporto analogico: -Supporto digitale: Un’altra distinzione che viene adoperata considera il tipo di predisposizione del supporto di memoria ad essere rimosso dal dispositivo che lo legge o lo scrive: -Supporto non removibile -Supporto removibile

Floppy disk Il primo floppy disk fu inventato nel 1967 da Alan Shugart. In questi dischi potevano essere memorizzati al massimo 360 Kb di dati. Erano ricoperti di una plastica molto flessibile, infatti dall’unione delle parole Flexible Plastic Envelope nacque il nomignolo di floppy. Quest’ultimo usa una finissima base di materiale trattato con ossido di ferro, che è un materiale ferromagnetico; può registrare informazioni molto velocemente, ma può essere cancellato e riscritto molte volte. Grazie alla sua struttura circolare permette un accesso diretto e veloce ai dati. I dati sono memorizzati in formato binario e in maniera persistente, grazie ad un processo di magnetizzazione.

La magnetizzazione La polarizzazione magnetica è un fenomeno che si manifesta in alcuni materiali in presenza di un campo magnetico ed attraverso il quale è possibile il magnetismo all’interno della materia. La magnetizzazione è un processo con cui si conferiscono proprietà magnetiche a un corpo, orientando i dipoli magnetici della struttura atomica grazie a un campo magnetico esterno; la sua quantificazione è stabilita dalla intensità di magnetizzazione, grandezza vettoriale che rappresenta il momento magnetico (di un magnete, è una grandezza che quantifica la forza che l’oggetto esercita su una corrente elettrica e la torsione che il campo magnetico produce interagendo con esso) dell’unità di volume del corpo, questa varia al variare della temperatura e del campo magnetizzante. 11

Componenti del floppy disk Le componenti principali del floppy disk sono: -Testine: una si occupa di leggere e scrivere i dati l’altra provvede alla cancellazione delle tracce; -Scheda elettronica: contiene tutti i componenti elettronici per leggere e scrivere con le testine, ma anche i controlli necessari all’accensione e allo spegnimento dei motori; -Motore del drive: un piccolo motore viene usato per far girare il disco ad una velocità variabile tra 300 e 360 rotazioni al minuto.

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Hard disk Un disco rigido o disco fisso, denominato anche hard disk drive, è un dispositivo di memoria di massa di tipo magnetico che utilizza uno o più dischi magnetizzati per l’archiviazione dei dati. E’ costituito da uno o più piatti in rapida rotazione, in alluminio o vetro, rivestiti di materiale ferromagnetico e da due testine per ogni disco, le quali leggono o scrivono i dati. La memorizzazione o scrittura dell’informazione sulla superficie del supporto ferromagnetico consiste nel trasferimento di un determinato verso alla magnetizzazione di un certo numero di domini di Weiss(piccole aree nella struttura cristallina di un materiale ferromagnetico, i cui grani hanno un’orientazione magnetica). 14

15 Hard disk interno

Il CD Il compact disc, dall’inglese disco compatto, abbreviato a cd, è una tipologia di disco ottico (a differenza dei floppy disk e hard disk che sono tipologie di dischi magnetici) utilizzata in vari ambiti per la memorizzazione dei dati in formato digitale. Un cd è un semplice pezzo di plastica policarbonata, in cui una volta che il pezzo di policarbonato è stato inciso con milioni di bumps, uno strato di alluminio riflettente viene stampato per coprire e proteggere i dati. Uno strato di acrilico ed infine l’etichetta completano tutto. L’informazione viene letta a seconda dell’angolo che occupa tramite il laser presente nel lettore cd.

Cenni storici sul CD Tra il 1961 e il 1969 David Paul Gregg sviluppò un disco ottico analogico per registrare i video,ottenendo il brevetto che divenne una sorgente di royalty per la Pioneer; la società di Gregg e Gauss Electrophysics fu acquisita dalla MCA. Parallelamente agli USA, un piccolo gruppo di fisici iniziarono una serie di esperimenti su videodischi ottici nei Paesi Bassi, nel centro di ricerca della Philips.La Sony e la Philips formarono un consorzio nel 1979 per lo sviluppo di un disco audio digitale, che portò all’introduzione del compact disc nel

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Il riproduttore di CD Il lettore cd possiede un rotore (parte rotante attorno al proprio asse di una macchina per la generazione o la trasmissione di lavoro e energia) comprendente una pluralità di magneti circondati da bobine di filo, che agisce come un elettromagnete. Inoltre utilizza un motore brushless, motore elettrico a magneti permanenti che non ha bisogno di contatti elettrici striscianti sull’albero motore per funzionare. In questo tipo di motori i magneti permanenti sono posizionati sul rotore e sono realizzati con speciali materiali che permettono di avere un’inerzia (resistenza di un corpo sottoposto ad accelerazione) rotorica molto bassa e quindi un controllo estremamente preciso sia in velocità che in accelerazione. 19

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Cos’è un magnete permanente? Un magnete permanente è costituito da materiale ferromagnetico magnetizzato grazie a un campo magnetico esterno di forte intensità. Il materiale ferromagnetico duro che viene utilizzato mantiene una parte della sua magnetizzazione anche quando non è più sotto l’influenza di un campo magnetico esterno. 21

Gli elettromagneti Gli elettromagneti sono delle calamite molto potenti costruite grazie a materiali ferromagnetici che possiedono i valori massimi della permeabilità relativa. Questi sono formati da un solenoide avvolto attorno al nucleo di materiale ferromagnetico, che amplifica di centinaia di volte l’intensità del campo prodotto dalla sola corrente. Gli elettromagneti vengono utilizzati in diverse situazioni poiché, agendo opportunamente sulla corrente, si può modularne l’intensità del campo fino ad annullarlo secondo le necessità. 22

23 Come è utilizzato un elettromagnete nel funzionamento di una campanella.

Il solenoide Un solenoide è un avvolgimento di filo elicoidale molto compatto, che ha una certa estensione spaziale; la sua lunghezza è molto maggiore del diametro delle sue spire (anelli di materiale conduttore in grado di far circolare corrente su di sé ). In ogni punto dello spazio il campo magnetico è la somma vettoriale dei campi prodotti dalle singole spire. Il modulo del campo magnetico all’interno di un solenoide ideale con n spire per unità di lunghezza e attraversato da una corrente I è pari a: B=μnI 24

Struttura del solenoide 25

La chiave USB Una chiave USB è una memoria di massa portatile di dimensioni molto contenute che si collega al computer mediante la porta USB. Essa include in un involucro plastificato un connettore USB e della memori flash cioè una memoria a semi-conduttori, non volatile e riscrivibile, quindi che ha le stesse caratteristiche di una memoria RAM ( random access memory, memoria ad acceso diretto) ma i cui dati non si volatilizzano se messa fuori tensione. Così una chiavetta USB è in grado di immagazzinare fino a più gigabyte di dati, sempre conservando i dati quando l’alimentazione elettrica è interrotta, quindi quando la penna è scollegata. Inoltre alcuni affermano che le chiavette USB da 2 gb in su, sono molti sensibili ai campi magnetici, ma si tratta di intensità elevate di molto superiori a quelle normalmente presenti in ambienti domestici e di lavoro, gli USB pen sono più vulnerabili all’elettricità statica (accumulo superficiale e localizzato di cariche elettriche su di un corpo composto da materiale isolante). 26

Interno di una chiave USB 27

Speriamo siate rimasti “magnetizzati” da questa presentazione! 28