Architettura e Funzionamento delle Unità di Memorizzazione: Disco Rigido, RAM e Strutture Logiche

Unità di Memorizzazione e Interfacce (Punto 10)

Le unità di memorizzazione permettono di archiviare in modo permanente dati o programmi, che possono essere modificati, risalvati e recuperati quando necessario. Sono componenti essenziali del microcomputer e includono l'unità disco rigido (HDD) e il CD/DVD.

Interfacce di Connessione

• Interfaccia IDE: È l'interfaccia più utilizzata per hard disk e CD/DVD. La scheda madre dispone tipicamente di 2 connettori per collegare fino a 4 dispositivi.
• Interfaccia SCSI: Utilizzata in passato soprattutto in ambienti professionali, è attualmente meno diffusa a causa della costante crescita della capacità di archiviazione delle unità flash.

Struttura Fisica e Logica (Punto 2)

La struttura di un supporto di memorizzazione è divisa in due parti:

1. Struttura Fisica: Definisce come è diviso il supporto di memorizzazione e corrisponde al punto in cui vengono salvate le informazioni.
2. Struttura Logica: Definisce il modo in cui le informazioni sono organizzate e memorizzate sul supporto.

Componenti della Struttura Logica

• FAT (File Allocation Table): Indica la posizione di ciascun file. Vengono utilizzati metodi di minimo ingombro per memorizzare le informazioni.
• Directory Principale: Memorizza tutti i dati, i file e le cartelle.
• Zona dei File: Utilizzata come deposito per i file degli utenti. Occupa circa il 98% dello spazio totale dell'unità disco.

Struttura Fisica di un Disco (Punto 3)

La struttura fisica di un disco è formata da una piastra magnetica rivestita su un materiale plastico. I dati sono memorizzati sul disco in cerchi concentrici chiamati tracce. Ognuna di queste tracce è suddivisa in settori di 512 byte.

Il Disco Rigido (Hard Disk Drive - HDD) (Punto 4)

Il disco rigido è l'unità di memoria principale del computer, dove vengono conservate in modo permanente grandi quantità di dati e programmi. I dischi rigidi contengono almeno due dischi (piatti) impilati su un asse centrale e isolati dall'esterno. Essi ruotano a una velocità tipica di 9600 RPM (giri/minuto).

Nella parte inferiore del disco è presente una scheda a circuiti (il controller) che riceve i comandi. Questa scheda traduce i comandi in variazioni di tensione per il movimento forzato della barra delle testine di lettura/scrittura su tutta la superficie dei dischi.

Struttura Fisica Interna del Disco Rigido (Punto 5)

La struttura fisica del disco rigido è formata da una serie di dischi o piatti impilati uno sopra l'altro all'interno di un alloggiamento sigillato. Una faccia del piatto può contenere informazioni specifiche utilizzate per il posizionamento delle testine. Tutte le testine di lettura/scrittura si muovono insieme, permettendo un accesso rapido alle tracce sui piatti multipli.

Le tracce sono divise in settori; il numero di settori per traccia è variabile. La testina di lettura/scrittura fluttua sopra la superficie del disco, senza contatto fisico. I dischi rigidi sono protetti ermeticamente e non devono essere aperti per evitare l'ingresso di particelle. Quando il disco è in funzione, la testina deve poggiare sulla superficie magnetica.

Operazioni della Testina di Lettura/Scrittura

1. Scrittura dei Dati: I dati vengono scritti sulla superficie del disco attraverso un flusso inviato all'elettromagnete della testina L/S (Lettura/Scrittura). Questo flusso modifica la peculiarità magnetica della superficie del disco.
2. Lettura dei Dati: Si basa sul processo inverso. Una variazione del campo magnetico in prossimità dell'elettromagnete provoca la comparsa di una carica elettrica. L'avvolgimento sarà orientato in un modo o nell'altro, permettendo di leggere un bit 0 o 1.

Memoria RAM (Random Access Memory)

La RAM è costituita da migliaia di celle, ognuna in grado di ospitare una carica elettrica. Ognuna di queste celle rappresenta 1 bit (cifra binaria): 1 per la carica, 0 per l'assenza di carica.

È necessario un circuito elettronico in grado di memorizzare e leggere le informazioni, noto come Controller di Memoria (MCC). Tramite segnali noti come RAS, l'MCC è in grado di accedere a qualsiasi cella, conservando o recuperando il suo valore corrispondente. L'MCC contiene gli indirizzi di memoria di tutti i dati memorizzati e controlla anche i cicli di aggiornamento e di acquisizione dei dati.

Processo di Scrittura e Lettura

• Lettura: Indica la posizione di accesso mediante l'invio di cariche elettriche. Questo scarica il condensatore e recupera l'informazione.
• Scrittura: Indica la posizione dove registrare, applica tensione e invia un impulso di carica elettrica al condensatore.

Tipi di RAM

Esistono due tipi principali di RAM:

1. SRAM (Static RAM): È una memoria molto veloce, utilizzata normalmente per la cache.
2. DRAM (Dynamic RAM): Ha una velocità inferiore. La sua capacità di memorizzare la carica su ciascuna delle sue celle è limitata, poiché questi piccoli condensatori si scaricano naturalmente e devono essere ricaricati periodicamente (cicli di refresh).