Manuale di informatica - Matteo Fontana

Beowulf
Case
Cd-rom
chipset
come scegliere un server
Cpu
Driver
Firewire
Hard disk
INDICE
#Pagina 43

Beowulf (computer)
Beowulf è un sistema di calcolo parallelo basato su
cluster di personal computer collegati tramite
reti informatiche standard, senza l'utilizzo di
apparecchiature sviluppate esplicitamente per il
calcolo parallelo.
Inizialmente venne sviluppato da Donald Becker
alla NASA, ma in seguito lo sviluppo venne
continuato da una comunità internazionale
interessata al calcolo scientifico.

Un Cluster Beowulf normalmente è un cluster di
computer IBM compatibili utilizzanti software
open source. Affinché un cluster di computer possa
essere effettivamente considerato un "Beowulf" si
richiede, che

1.- i vari computer in rete (detti nodi) e la rete
stessa non abbiano un utilizzo diverso da quello del
cluster stesso. In genere l'accesso al sistema e il
suo controllo è possibile solo dal nodo principale, che
spesso è l'unico dotato di tastiera e monitor. In
alcuni casi i singoli nodi sono addirittura privi di
memoria di massa e di dischi e il boot avviene via
rete dal nodo principale, o master.
2.- i nodi e lo stesso materiale di rete devono
essere costituiti da macchine e apparati standard
presenti in commercio al dettaglio.

3.- il sistema operativo e il software che gira sul
cluster devono essere "open source". Usualmente il
sistema operativo è GNU/Linux o una delle varie
varianti di Unix disponibili gratuitamente.
4.- il Cluster risultante deve essere strutturato per
compiere operazioni che richiedono potenza di calcolo
particolarmente elevata; in altri termini un beowulf
deve comportarsi come un Supercomputer

Il fatto che i singoli nodi siano uguali (o almeno dotati
di una potenza di calcolo analoga) è chiaramente
apprezzabile in un Beowulf ma non è considerato da
tutti come una condizione necessaria. I collegamenti
vengono realizzati tramite LAN TCP/IP, mentre la
comunicazione e sincronizzazione dei processi vengono
realizzate tramite librerie disponibili gratuitamente.

Un Cluster Beowulf non è gestito da un particolare
software. Spesso si utilizzano librerie per il
calcolo parallelo come le MPI (Message Passing
Interface) e le PVM (Parallel Virtual Machine).
Queste permettono al programmatore di dividere i
compiti da svolgere su un gruppo di computer
collegati in rete e di riunire i risultati dei singoli
processi per ottenere la soluzione del problema
trattato.
Il nome del progetto deriva dal poema epico
Beowulf.

Sistemi operativi
Attualmente molte distribuzioni Linux sono state
realizzate appositamente per permettere la
realizzazione di un sistema Beowulf in modo
relativamente semplice.
ClusterKnoppix (basata su Knoppix)
ParallelKnoppix (anche questa basata su Knoppix)
Quantian (basata su clusterKnoppix)
PlumpOS
dyne:bolic
Rocks Linux
Oscar
Scyld

Un cluster può essere realizzato semplicemente
utilizzando un CD di boot della distribuzione Knoppix in
congiunzione con openMosix. Il computer verrà
automaticamente configurato e collegato al cluster con
una semplice configurazione in modo da poter condividere
la propria potenza di calcolo e memoria. Questa tipologia
di sistema è molto scalabile, può essere infatti espansa in
modo virtualmente illimitato (sempre che il canale di
comunicazione non diventi il collo di bottiglia).
Indice

M A T T E O F O N T A N A

CASE
Per case si intende l'involucro esterno di un computer,
solitamente in metallo, alluminio, plastica e ultimamente
anche legno.
Viene identificata dalla parola case, solo la parte operativa
della macchina, in cui risiedono alimentatore, scheda madre,
memorie di massa e alcune periferiche di input come
dispositivi cd-rom e masterizzatori.
Esterni al case, invece, restano monitor, tastiera e,
ovviamente, il mouse.

Dimensioni e forma
I case presentano diverse dimensioni e diverse strutture per
apposito harwdare. Nel 2005 possiamo affermare che lo standard
ATX sia quello più comunemente utilizzato dai rivenditori di
computer.
Un case che supporta una scheda madre di tipo ATX può
tranquillamente essere di dimensioni diverse come ad esempio:
Mini Tower, Midi-Tower, Super-Tower) I tower sono invece case
molto alti che sono dunque maggiormente spaziosi e possono
contenere più hardware e in questo senso vengo spesso usati
per fare da server.

Caratteristiche
I case solitamente hanno nella loro parte superiore un alloggio per
l'alimentatore, nella parte centrale diversi bay per contenere le
periferiche di storaggio e di lettura, mentre nella parte inferiore sono
presenti gli slot che fungono da uscita per l'hardware che fa uso di
slot pci.
La scheda madre viene fissata sul pannello destro del case (visto
frontalmente) attraverso alcune viti. Tipicamente un case ha 4 bay da
5,25" e 3 da 3,5" che servono per l'installazione di hard disk, lettori
floppy, lettori cd/dvd, masterizzatori e card reader. Nella parte
anteriore del case è generalmente presente il bottone di accensione
e spegnimento accompagnato dal bottone di reset che permette di
riavviare il pc. Più in basso di questi due bottoni vi sono due piccoli
led: uno indica lo stato di accensione mentre l'altro l'attività dell'hard
disk, entrambi i LED vengono alimentati grazie a dei connettori che
si collegano direttamente alla scheda madre

L'espressione modding o case modding si
riferisce alla pratica di modificare il case di un
computer, soprattutto allo scopo di migliorarne e
personalizzarne l'estetica. Un esempio classico
di modding consiste nell'aprire nel fianco del
case una finestra che consente di osservare i
componenti interni del PC (in questo senso, il
modding potrebbe avere la valenza non
secondaria di mostrare la potenza o la qualità dei
componenti installati)

indice

Dal CD ROM al linguaggio binario ed ai sistemi di
numerazione posizionali
Per la lettura di un CD si
sfrutta un raggio laser che
rileva le minuscole
incisioni praticate durante
la fase di registrazione; il
raggio viene assorbito
dalle cavità opache
mentre viene riflesse
dalle sporgenze lucide. Si
crea una sequenza di
lampi di luce che
costituisce un linguaggio
binario.
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indice
Ad ogni assorbimento corrisponde lo “0” mentre ad ogni
riflessione è associato “1”. La successione di 0 e di 1
convertita in impulsi elettrici verrà trasformata dal computer
in immagini e suoni.
C O N T I N U A
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Nei personal computer il termine chipset viene utilizzato per
indicare l'insieme di chip di una scheda madre che si occupano di
smistare e dirigere il traffico di informazioni passante attraverso
il Bus di sistema, fra CPU, RAM e controller delle periferiche di
input/output (come Floppy disk, Hard disk ecc.). Attualmente i
principali produttori di chipset sono Intel, AMD (in seguito
all'acquisizione di ATI), nVidia, VIA Technologies e SiS.
M A T T E O F O N T A N A

M A T T E O F O N T A N A

naturalmente anche il Chipset ha una sua "velocità" che viene
misurata in MHz come nel caso dei processori e dipende dalla sua
architettura e dalla tecnologia implementata in esso.
A seconda del tipo processore supportato, i chipset
possono avere grandi differenze strutturali.
M A T T E O F O N T A N A

Intel continua ad utilizzare la suddivisione del Chipset in due chip
principali. Nella maggior parte dei casi abbiamo un chip dedicato
alle interfacce ad alta velocità (Memory controller RAM e
controller grafica AGP o PCI Express) e un altro chip che supporta
tutte le altre interfacce di I/O. Questa configurazione viene
schematizzata graficamente collocando la CPU in cima, il chip di
comunicazione con grafica e memoria sotto la CPU e il chip con le
interfacce di I/O più in basso. Per questo motivo i due chip del
Chipset hanno preso il nome di Northbridge (ponte Nord) e
Southbridge (ponte Sud). Dal 2008 anno in cui è previsto l'arrivo
sul mercato del processore Itanium 2 basato sul core Tukwila,
anche Intel adotterà, come già fatto da Advanced Micro Devices
(e spiegato qui di seguito), il controller della memoria RAM
integrato.
M A T T E O F O N T A N A

M A T T E O F O N T A N A

M A T T E O F O N T A N A

M A T T E O F O N T A N A

AMD Advanced Micro Devices con l'ultima serie di CPU (quelli
appartenenti alla famiglia K8 ovvero gli Athlon_64 e gli Opteron)
ha intrapreso la strada dell'integrazione. Infatti le attuali
schede madri per processori AMD non presentano più il
Northbridge le cui funzioni (principalmente il controller della
memoria RAM) sono state integrate all'interno della CPU stessa.
Questa comporta alcuni vantaggi e svantaggi:
M A T T E O F O N T A N A

Vantaggi
Minore complessità delle schede madri (meno piste di
collegamento) e, quindi, minor costo
Velocità del Northbridge maggiore, infatti in questo caso
questa velocità dipende direttamente dalla velocità della CPU
stessa, sicuramente maggiore rispetto alle velocità dei
Northbridge attuali
Minore ritardo nella risposta (Latenza) visto che i dati
elaborati non devono passare attraverso il Bus per ritornare
alla CPU
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Svantaggi
Impossibilità di cambiare il Northbridge; essendo
esso integrato nella CPU anche cambiando Scheda
madre questo rimane lo stesso, quindi non si ha la
possibilità di cambiare le tecnologie implementate
indice
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SCEGLIERE il Server

matteofontana

1. Componenti per il server, come scegliere il server perfetto
2. Di quali componenti ha bisogno un server?
3. Il green computing e i componenti del server
4. Il processore
5. Il Disco Fisso
6. La memoria
7. Il sistema operativo
8. Costruire o comprare i propri server ?
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Componenti per il server, come scegliere
il server perfetto
Tutte le aziende sono alla ricerca delle migliori macchina per
lo svolgimento del lavoro nel data center, e se da una parte
tutti cercano il massimo delle performance, dall'altra, il
conto dei costi di queste ultime riguarda ugualmente tutte le
tipologie di business, la soluzione ottimale è quindi molto
difficile da scegliere.
Vediamo quali sono i componenti a cui dobbiamo prestare più
attenzione, con una piccola introduzione alla gestione
energetica dei nostri server.
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Di quali componenti ha bisogno un server?
Oggi ci sono decine di processori nel mercato, prodotti da Intel
o da AMD, la scelta è ampia, ma come scegliere il migliore per
noi? Ovviamente la scelta del processore per il nostro server
dipende fortemente dalle nostre applicazioni, ad esempio
possiamo considerare il caso di un PCs desktop per uso generico,
oppure ad una workstation per la grafica, test e dimostrazioni
matematiche, sviluppo e programmazione delle applicazioni, in
questo caso avremo sicuramente bisogno di un modello molto
performante, in particolare nella velocità di calcolo. In ultimo, se
necessitiamo di un server, dovremo avere un processore
costruito appositamente per ricevere migliaia di richieste al
secondo con una buona gestione I/O.
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Cosa abbiamo bisogno esattamente?
Un server necessita di essere molto performante, in grado di
rispondere alle richieste in tempi più brevi rispetto ad altre macchine,
per questo necessita di ampie performance nel sottosistema, IO e
Storage (quindi RAM e dischi fissi) e un buon processore.
Le componenti I/O sono per lo più schede di rete, bus interni e chipset
bus. La soluzione migliore solitamente ha in questo comparto le più
recenti tecnologie, dato che il nostro server solitamente dovrà lavorare
con migliaia di richieste, le quali richiedono un grosso scambio di dati
tra il processore e il sottosistema citato sopra, così come le nostre
schede di rete saranno una componente primaria nel sistema, per il
collegamento e lo scambio di dati con il mondo esterno.
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Per quanto riguarda il comparto storage, se ci troviamo di fronte ad un
file server o ad un web application server, allora il nostro sistema
necessita di hard disk molto veloci, oltre che di una buona quantità di
memoria. Il disco fisso è uno dei componenti fondamentali dato che in
quasi tutti i sistemi è uno dei componenti che rappresentano i cosidetti
colli di bottiglia. Per quanto riguarda infine la scelta del processore,
nelle workstations le CPU spendono la maggior parte del loro tempo nel
processare i dati, nei servers la situazione è diversa. All'interno di un
sistema server la CPU spende la maggior parte del proprio tempo nei
processi I/O, e solamente poi nel processare i dati.
Per prima cosa quindi, nella scelta di un processore per un server, andremo a vedere la tipologia di
BUS che utilizza, solo in seguito andremo a vedere la capacità di calcolo e la sua frequenza.
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Il green computing e i componenti del server
L'energia è una risorsa scarsa e soprattutto molto costosa. Questo
influisce molto e continuerà a farlo in futuro, sul modo in cui i server
vengono progettati e posti nei data center. Nonostante ci siano oggi
tecnologie come la virtualizzazione, il green computing e altre strumenti
utili per il risparmio energetico, il mio obiettivo in questo articolo è
quello di fornire una spiegazione di come tenere sotto controllo i consumi
e scegliere di conseguenza i nostri servers.
Quando misuriamo i nostri consumi elettrici possiamo utilizzare dei
semplicissimi conti, non ci serve altro.
Iniziamo con un esempio: la nostra cara vecchia lampadina, in questo caso assumiamo sia da 60 watt. Le compagnie che
forniscono energia, misurano i consumi in Kwatt per ora. Sempre utilizzando la nostra lampadina come esempio, se la
lasciamo accesa per un'ora sappiamo che consumeremo 60 watt ogni ora, ovvero 0.06 Kwatt; facciamo finta che la nostra
compagnia energetica applichi un prezzo di 0.083 dollari per ogni kilowatt, sappiamo con dei semplici calcoli che la nostra
lampadina, accesa per un'intera ora, ci costa 0.0050 dollari (0.06 * 0.083).
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Effettivamente non costa nulla, ma proviamo a eseguire il calcolo su un
anno, arriviamo a 47,15 dollari, una cifra considerevole considerando
che si tratta solamente di una lampadina. Per quanto ci possa sembrare
tanto, in confronto ad un server è davvero poco, e noi,
sfortunatamente, dobbiamo parlare di server in questo caso. Quindi,
quali consumi dobbiamo aspettarci, in media, per un server? Secondo
alcune ricerche, pubblicate da Principled Technologies e Dell, un singolo
Dell PowerEdge M600 consuma in media 383,75 W in idle e 454,39 W
sotto carico. (vedere la tabella 1)
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Utilizzando i conti di prima, arriviamo a 280 dollari annui di costo per
alimentare il nostro server in idle. Un parametro che dobbiamo prendere
con le pinze, ricordiamoci infatti che il consumo varia in base al
workload, e componenti come l'hard disk e la CPU sono tra quelli che
consumano maggiormente.
Approfondendo la ricerca sui siti dei maggiori produttori di hardware
(IBM, Dell, Sun ecc) troviamo che il consumo medio in idle è di 360/410
W, di 450-500 W sotto stress e di 540-600W sotto un forte carico;
nelle modalità "low power" un server in media consuma 200-300 Watts in
idle, 300-350 Watts sotto stress e 340-380 Watts sotto un forte
carico. Ovviamente non tutte le case produttrici ottengono gli stessi
valori, nella ricerca effettuata Dell è risultata una delle migliori, con
consumo minore rispetto HP e ancora minore rispetto ad IBM.
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Il processore
Per quanto riguarda il processore, per un server i dati suggeriscono di
utilizzare un AMD Opteron, in versione Quadcore o Dualdcore. La
ragione nasce da una serie di considerazioni tecnologiche, AMD fornisce
migliori performance I/O grazie alla tecnologia HyperTransport, un
approccio decisamente migliore, in termini di risultati, rispetto a quello
che avviene sugli Intel Xeon; gli Opteron hanno anche prezzi ottimi e in
molti casi si puo’ constatare un minore consumo rispetto ad altre
soluzioni. D'altro canto, Intel, con la linea Xeon fornisce in alcuni casi
migliori performance e una più vasta scelta di CPU.
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Se l’obbiettivo primario è l'efficienza (performance per watt), il
consumo energetico, e la possibilità di aggiornare l'architettura senza
particolari problemi, allora il suggerimento rimane un AMD Opteron; nel
caso invece quello che conti maggiormente siano le performance, allora
otterrete più soddisfazioni scegliendo una CPU Intel. Dunque se
l'intenzione è quella di realizzare un data center ottimizzato per alte
performance, clustering delle macchine e distribuzione dei processi,
allora Intel è la via migliore, nel caso invece lo stesso data center abbia
come compito principale il webhosting, AMD rimane la migliore
soluzione.
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La seguente lista espone una serie degli ultimi modelli di CPU AMD e
Intel che potrebbero fare al caso nostro nei prossimi acquisti:
AMD:
AMD Quad-Core Opteron 2384 2.7GHz (75 W).
AMD Quad-Core Opteron 2382 2.6GHz (75 W).
AMD Quad-Core Opteron 2380 2.5GHz (75 W).
AMD Quad-Core Opteron 2378 2.4GHz (75 W).
AMD Quad-Core Opteron 2376 2.3GHz (75 W).
AMD Quad-Core Opteron 2376 HE 2.3GHz (55 W).
Intel:
Intel Xeon E5570 2.93GHz (90 W, Nehalem Micro- architecture).
Intel Xeon E5560 2.80GHz (90 W, Nehalem Micro- architecture).
Intel Xeon E5550 2.66Hz (90 W, Nehalem Micro- architecture).
Intel Xeon E5540 2.53GHz (80 W, Nehalem Micro- architecture).
Intel Xeon E5520 2.26GHz (60 W, Nehalem Micro- architecture).
Intel Xeon X5472 3GHz (120 W).
Intel Xeon E5440 2.83GHz (80 W).
Intel Xeon E5430 2.66GHz (50 W)
Intel Xeon E5410 2.33GHz (50 W).
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Bisogna anche dire che AMD fornisce una serie di CPU (serie
numero 8300) che supporta fino a 8 processori per server. Anche
Intel ha realizzato uno Xeon a 6 core, ma si tratta per ora di una
soluzione ancora troppo costosa in termini energetici. Un commento
finale su questo componente, bisogna riconoscere che Intel è la
regina delle workstation, e la ragione è semplice, l'unità logica e
matematica dei processori Xeon attualmente è molto più avanzata
di quelli AMD.
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Il Disco Fisso
Un server necessita di dischi fissi davvero molto veloci, non è pensabile
che il processore o la parte di rete rimanga troppo in attesa dei dati da
parte del disco fisso. Bisogna innanzitutto ricordare che il disco fisso è
il principale collo di bottiglia di ogni sistema, il suo problema principale è
che è basato su parti meccaniche, e la tecnologia allo stato solido, SSD,
è ancora troppo costosa.. Il "Samsung F1, WD RE3 e il WD VelociRaptor"
sono ottime soluzioni.
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Il VelociRaptor funziona alla velocità di 10.000 RPM, e fornisce ottime
performance. Lo stesso si può dire anche per il Samsung F1 e il Western
Digital RE 3, con i quali si ottengono quasi sempre gli stessi risultati.
Sull'utilizzo del RAID, il mio suggerimento è quello di utilizzare il RAID
10, fornisce una maggiore sicurezza dei dati e una buona velocità, oltre
ad essere sicuramente più performante del RAID 5. Le migliori
performance in termini di velocità si ottengono con il VelociRaptor di
Western Digital, ma nel caso la vostra scelta sia quella di utilizzare un
sistema in RAID e pensare maggiormente alla sicurezza dei dati, allora
rimangono ottime soluzioni il Samsung F1 e il Western Digital RE 3.
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La Memoria
La scelta della memoria dipende fortemente dalla scelta del processore
che adottiamo per il nostro sistema. Bisogna ricordare che la memoria
non è tra i componenti che consumano più energia all'interno del
sistema, l'unico consiglio è di acquistare banchi di memoria prodotti da
vendors famosi e utilizzarne sempre una quantità superiore a quella
realmente necessaria, le applicazioni e il sistema operativo possono
farne largo uso come cache e diminuire quindi gli accessi al disco fisso,
migliorando le prestazioni generali del sistema.
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Il sistema operativo
Mettere in relazione la scelta del sistema operativo con i consumi
energetici del nostro sistema è ancora piuttosto difficile, e
sull'argomento ci sono solamente test e nulla di veramente certo. Vi
sono alcuni test in merito, soprattutto di comparazione fra Windows e
Linux, ma niente di davvero certo per essere adottato come base per
una decisione.
Il consiglio è valido invece se si restringe l'area di scelta ad un solo
candidato, come nel caso di Windows Server, in questo caso ci sono
diversi papers che dimostrano che, ove possibile, un passaggio a
Windows Server 2008 dalla versione 2003 può apportare dei benefici
in termini di risparmio energetico e gestione delle macchine a livello
hardware.
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Costruire o comprare i propri server?
Si tratta di una domanda che non tutti possono porsi, ma che merita
sicuramente una breve discussione ragionata. La maggior parte delle
compagnie al giorno d'oggi acquista i propri server da compagnie come
Dell, HP, IBM, e Sun, poi ci sono compagnie come Google che decidono di
realizzare internamente le proprie macchine, ne costruiscono a migliaia
con studi di design e ingegnerizzazione che richiedono figure specifiche
all'interno dei team aziendali.
Ben Jai, la persona che si è occupata del design della maggior parte dei
server di Google, ha svelato recentemente quale sia il segreto di queste
macchine: il maggior punto di forza del design dei server di Google è che
ogni macchina ha una batteria interna da 12-volt che interviene nel caso
venga a mancare l'alimentazione elettrica principale.
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Perchè scegliere di mettere una batteria all'interno di un server? La
maggior parte dei data centers si dotano di generatori di elettricità
(UPS) che intervengono nel caso di guasto alle linee primarie di
alimentazione elettrica, questi sistemi, composti da grandi batterie,
hanno il compito di alimentare l'intero data center negli istanti di tempo
che precedono l'entrata in funzione dei generatori. Appare chiaro che
collocare all'interno del server una piccola batteria per l'alimentazione
del server consente è sicuramente più conveniente e meno costoso di
grandi UPS, senza contare che il numero di batterie è direttamente
corrispondente al numero di server, e non si ha pertanto alcun spreco di
capacità all'interno della struttura.
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indice
Per concludere, bisogna sicuramente prendere atto del fatto che
costruire i propri server "in casa" ha indubbi vantaggi, ma richiede
anche uno sforzo economico non indifferente, che non tutte le
compagnie sono disposte a investire. Oltre a questo, bisogna aggiungere
che il design di macchine direttamente nella propria realtà aziendale
richieste team di ingegneri esperti e con molta esperienza alle spalle,
risorse che non risultano sempre facilmente reperibili sul mercato.
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L'architettura Amx86 (1991-1995) [modifica]
Am386
Am486
Am5x86
L'architettura K5 (1995) [modifica]
AMD K5 (SSA5, 5k86)
L'architettura K6 (1996-2001) [modifica]
AMD K6 (NX686, Little Foot)
AMD K6-2 (Chompers, CXT)
AMD K6-2-P
AMD K6-III (Sharptooth)
AMD K6-2+
AMD K6-III+
L'architettura K7 (1999-2005) [modifica]
Athlon Classic (Argon, Pluto, Orion, Thunderbird)
Athlon XP (Palomino, Thoroughbred-A, Thoroughbred-B, Thorton, Barton)
Athlon 4 (Corvette)
Athlon XP-M (Thoroughbred A/B, Barton, Dublin)
Duron (Spitfire, Morgan, Applebred)
Duron-M (Camaro, Mobile Morgan)
Sempron (Thoroughbred-B, Barton)
Settore Server
Athlon MP (Palomino, Thoroughbred A/B, Barton)
L'architettura K8 (2003- ) [modifica]
Athlon 64 (ClawHammer, Newcastle, Winchester, Venice, San Diego, Orleans, Lima)

Versioni per computer desktop economici [modifica]
Pentium Dual Core - (Conroe-L, Wolfdale-L)
Celeron (serie xxx) - (Conroe-L, Wolfdale-L)
Celeron Dual Core - (Conroe-L, Wolfdale-L)
La gamma Nehalem [modifica]
Core i7 - (Bloomfield)
Core i7 Extreme - (Bloomfield)
Core i5
Versione a 2 core - (Havendale*)
Versione a 4 core - (Lynnfield*)
Nehalem porteranno con sé il nuovo nome commerciale di Core i5 ma Intel non ha ancora
nseguenza, al momento esse vengono inquadrate semplicemente in base al numero di cor
Processori dedicati ai computer portatili e dispositivi mobili [modifica]
La gamma Pentium [modifica]
Mobile Pentium MMX - (Tillamook)
Pentium II-M - (Tonga)
Mobile Pentium II PE - (Dixon)
Pentium III-M - (Tualatin)
Pentium 4-M - (Northwood)
Mobile Pentium 4 - (Northwood)
Pentium M - (Banias, Dothan)
La gamma Core [modifica]
Core Duo - (Yonah)

L'unità centrale di elaborazione, in sigla CPU (dal corrispondente
termine inglese Central Processing Unit), anche chiamata,
esclusivamente nella sua implementazione fisica, processore, è uno dei
due componenti principali della macchina di von Neumann, il modello su
cui sono basati la maggior parte dei moderni computer.

Compito della CPU è quello di leggere i dati
dalla memoria ed eseguirne le istruzioni

In base all'organizzazione della memoria si possono distinguere due
famiglie di CPU:
con architettura di von Neumann classica, in cui dati e istruzioni
risiedono nella stessa memoria (è dunque possibile avere codice
automodificante). Questa architettura è la più comune, perché è più
semplice e flessibile.
con architettura Harvard, in cui dati e istruzioni risiedono in due
memorie separate. Questa architettura garantisce migliori prestazioni
poiché le due memorie possono lavorare in parallelo ma è più complessa
da gestire. È tipicamente utilizzata nei DSP.

Struttura della CPU
Una generica CPU contiene:
o ALU (Arithmetic Logic Unit)
o Unità di Controllo CU (control unit)
o Registri

L’ALU (Arithmetic Logic Unit) che si occupa di
eseguire le operazioni logiche e aritmetiche;

L’Unità di Controllo CU (control unit) che legge dalla memoria le
istruzioni, se occorre legge anche i dati per l'istruzione letta,
esegue l'istruzione e memorizza il risultato se c'è, scrivendolo in
memoria o in un registro della CPU.

dei registri, speciali locazioni di memoria interne alla CPU,
molto veloci, a cui è possibile accedere molto più
rapidamente che alla memoria: il valore complessivo di tutti i
registri della CPU costituisce lo stato in cui essa si trova
attualmente. Due registri sempre presenti sono:

il registro IP (Instruction Pointer) o PC (Program Counter), che
contiene l'indirizzo in memoria della prossima istruzione da
eseguire;

il registro dei flag: questo registro non contiene valori numerici
convenzionali, ma è piuttosto un insieme di bit, detti appunto flag, che
segnalano stati particolari della CPU e alcune informazioni sul risultato
dell'ultima operazione eseguita.
I flag più importanti sono:
Flag di stato:
Flag di controllo:
Overflow: indica se il risultato dell'operazione precedente era troppo grande per il campo risultato: 0 assenza
di overflow,1 overflow
Zero: vale 1 se l'ultima operazione ha avuto risultato zero, altrimenti vale 0.
Carry: vale 1 se l'ultima operazione ha ecceduto la capacità del registro che contiene il risultato, altrimenti
vale 0 (esempio: in un registro
a 8 bit, che può rappresentare solo numeri da 0 a 255, la somma 178+250 darebbe come risultato 172,
cioè 428 - 256, e il carry
verrebbe posto a 1 insieme al flag di overflow).
Segno: indica il segno del risultato dell'operazione precedente: 0 risultato positivo,1 risultato negativo
Interrupt: se a questo flag viene assegnato valore 1, la CPU smette di rispondere alle richieste di servizio esterne delle
periferiche
(i segnali delle linee IRQ) finché non viene ripristinato al valore 0, o finché non arriva dall'esterno un segnale di RESET.

Una generica CPU deve eseguire i suoi compiti sincronizzandoli con il
resto del sistema: perciò è dotata, oltre a quanto sopra elencato,
anche di uno o più bus interni che si occupano di collegare registri,
ALU, unità di controllo e memoria: inoltre all'unità di controllo interna
della CPU fanno capo una serie di segnali elettrici esterni che si
occupano di tenere la CPU al corrente dello stato del resto del
sistema e di agire su di esso. Il tipo e il numero di segnali esterni
gestiti possono variare ma alcuni, come il RESET, le linee di IRQ e il
CLOCK sono sempre presenti.

Una CPU è un circuito digitale sincrono: vale a dire che il suo stato
cambia ogni volta che riceve un impulso da un segnale di sincronismo
detto clock, che ne determina di conseguenza la velocità operativa,
detta velocità di clock: quindi il tempo di esecuzione di una istruzione
si misura in cicli di clock, cioè in quanti impulsi di clock sono necessari
perché la CPU la completi. In effetti, una parte importante e
delicata di ogni CPU è il sistema di distribuzione che porta il segnale
di clock alle varie unità e sottounità di cui è composta, per fare in
modo che siano sempre in sincronia: tale sistema si dirama in una
struttura ad albero con divisori e ripetitori che giunge ovunque nella
CPU. Nei processori più moderni (Pentium, Athlon, PowerPC) questa
"catena di ingranaggi" elettronica arriva ad impiegare circa il 30% di
tutti i transistor disponibili.

La velocità di questa distribuzione determina in maniera diretta la
massima frequenza operativa di una CPU: nessuna CPU può essere più
veloce del suo critical path, cioè del tempo che impiega il clock per
percorrere il tratto più lungo in tutto l'albero di distribuzione del clock.
Per esempio, se il segnale di clock di una data CPU impiega un
nanosecondo per attraversare tutto il chip ed arrivare fino all'ultima
sottounità, questa CPU potrà operare a non più di 1 GHz, perché
altrimenti le sue componenti interne perderebbero la sincronizzazione,
con risultati imprevedibili (per avere un margine di sicurezza, il limite
pratico sarà anzi ben minore di 1GHz).

Set d'istruzioni macchina

Le istruzioni di una CPU (instruction set) sono semplicemente dei
numeri, detti opcode o codici operativi: in base al loro valore l'unità di
controllo intraprende delle azioni predefinite, come per esempio leggere
la successiva locazione di memoria per caricare un dato, oppure attivare
la ALU per eseguire un calcolo, oppure scrivere il contenuto di un
registro in una certa locazione di memoria o in un altro registro, oppure
una combinazione di queste.

Tipicamente la CPU è l'Interprete del linguaggio macchina. Come tutti
gli interpreti, si basa sul seguente ciclo:
Acquisizione dell'istruzione: il processore preleva l'istruzione dalla
memoria, presente nell'indirizzo (tipicamente logico) specificato da un
registro "speciale" ("speciale" opposto di "generico"), il PC
Decodifica: una volta che la word è stata prelevata, viene determinata
quale operazione debba essere eseguita e come ottenere gli operandi, in
base ad una funzione il cui dominio è costituito dai codici operativi
(tipicamente i bit alti delle word) ed il codominio consiste nei brani di
microprogramma da eseguire
Esecuzione: viene eseguita la computazione desiderata. Nell'ultimo passo
dell'esecuzione viene incrementato il PC: tipicamente di uno se
l'istruzione non era un salto condizionale, altrimenti l'incremento dipende
dall'istruzione e dall'esito di questa

Velocità di clock
La velocità o frequenza di clock è il numero di commutazioni tra i
due livelli logici "0" e "1" che circuiti logici interni ad un'unità di
calcolo o di un microprocessore sono in grado di eseguire nell'unità
di tempo di un minuto secondo, ed è espressa in cicli al secondo, o
hertz, e suoi multipli; normalmente per eseguire un'istruzione o una
semplice somma sono necessari più cicli di clock.

L'unità di calcolo del calcolatore Z1 (che utilizzava la tecnologia
elettromeccanica, non elettronica) costruito dal tedesco Konrad Zuse nel
1938 andava da 0,3 cicli al secondo fino al massimo di 1 hertz. La
velocità di clock del primo microprocessore moderno, l'Intel 4004
progettato dall'italiano Federico Faggin nel 1971, era di 740 khz. Le
attuali CPU dei personal computer raggiungono e superano ormai i 3
Gigahertz. In queste moderne CPU essendo la velocità di clock così
elevata, viene generata da un minuscolo oscillatore al quarzo posto
all'interno della stessa CPU, regolabile tramite il BIOS.

Gli informatici esperti sono in grado di aumentare le prestazioni dei
computer aumentando la velocità di clock nominale del processore, ma si
tratta di un'operazione rischiosa che può portare al surriscaldamento
della CPU. Vi sono comunque alcuni processori di particolare efficienza e
robustezza che sono in grado di supportare bene velocità di clock
maggiori di quella nominale, senza subire danni. Nel gergo informatico
questa operazione viene definita overclocking, ed è utilizzata anche
dall'industria per testare l'affidabilità delle CPU prodotte.

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In informatica, è detto driver l'insieme di procedure,
spesso scritte in assembly, che permette ad un sistema
operativo di pilotare un dispositivo hardware. Il driver
permette al sistema operativo di utilizzare l'hardware
senza sapere come esso funzioni, ma dialogandoci
attraverso un'interfaccia standard, i registri del
controllore della periferica, che astrae
dall'implementazione dell'hardware e che ne considera
solo il funzionamento logico. In questo modo hardware
diverso costruito da produttori diversi può essere
utilizzato in modo intercambiabile.

Ne consegue che un driver è specifico sia dal punto di vista
dell'hardware che pilota, sia dal punto di vista del sistema
operativo per cui è scritto. Non è possibile utilizzare driver
scritti per un sistema operativo su uno differente, perché
l'interfaccia è generalmente diversa.
Il driver è scritto solitamente dal produttore del dispositivo
hardware, dato che è necessaria un'approfondita
conoscenza dell'hardware per poter scrivere un driver
funzionante. A volte, i driver vengono scritti da terze parti
sulla base della documentazione tecnica rilasciata dal
produttore, se questa è disponibile.
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M A T T E O F O N T A N A

FireWire (standard IEEE numero 1394) è un'interfaccia standard per un bus
seriale che supporta due diverse modalità di trasferimento dati: asincrona e
isocrona. La modalità asincrona avviene quando il dato spedito viene ricevuto
dall'altra parte del cavo. Nel caso in cui la linea fosse libera, viene nuovamente
inviato. La modalità isocrona prevede un invio di dati attraverso il flusso
continuo in tempo reale. In questa modalità si possono acquisire dati dagli
apparecchi digitali,come videocamere, macchine fotografiche. Il Firewire è
stato sviluppato per essere utilizzato nei personal computer e nei dispositivi
multimediali, sviluppato inizialmente da Apple Computer. Lo sviluppo venne
terminato nel 1995 e IEEE lo ha denominato 1394. L'implementazione di Sony
di questo standard si chiama i.Link, e usa un connettore con solo 4 pin,
eliminando i pin dedicati all'alimentazione dato che i prodotti Sony dotati di
i.Link sono dotati di un cavo di alimentazione separato.
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La connessione FireWire viene comunemente usata per collegare dispositivi
di archiviazione o dispositivi di acquisizione video. Viene utilizzato anche in
apparecchiature di acquisizione audio e video professionali per via della
ampiezza di banda della connessione, della sua predisposizione a trattare
flussi multimediali, della capacità di sopportare potenze maggiori e della
possibilità di stabilire una connessione tra dispositivi senza il tramite di un
computer. L'interfaccia FireWire è tecnicamente superiore all'interfaccia USB,
ma questa è molto più diffusa per via dei brevetti. L'Apple e altre ditte
richiedono il pagamento di brevetti per ogni implementazione della FireWire
(0.25 dollari normalmente per l'utente finale). Sebbene siano cifre ridotte
molti produttori realizzano prodotti a bassissimo margine di guadagno e
quindi hanno preferito utilizzare la tecnologia USB che, essendo esente dal
pagamento di brevetti, gli consente di ottenere prodotti più economici.
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La FireWire supporta fino a 63 periferiche organizzate in una rete non
ciclica (a differenza per esempio della catena SCSI). Permette una
comunicazione "peer-to-peer" tra i dispositivi. Quindi i vari dispositivi
possono comunicare tra loro senza dover utilizzare il computer come
arbitro. Per esempio una videocamera digitale potrebbe riversare il filmato
video su un hard disk esterno senza l'intervento del computer. Supporta il
collegamento a caldo e la presenza di più Host tramite una gestione degli
IP software. Quindi una connessione FireWire può essere utilizzate per
creare una rete locale tra due computer quattro volte più veloce di una
normale rete Ethernet a 100 Mbit. Il cavo FireWire supporta fino a 45 Watt
e è quindi in grado di alimentare la maggior parte dei dispositivi portatili.
(Nota: L'implementazione della Sony ha solo quattro pin e quindi non è
provvista delle alimentazioni, i dispositivi vanno alimentati in modo
indipendente).
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FireWire 400 specifica la velocità di trasferimento dati ai dispositivi di 100,
200, o 400 Mbps (in realtà, 98.304, 196.608, o 393.216 Mbps,
usualmente indicati come S100, S200, e S400). La lunghezza del cavo è
limitata a 4.5 metri e fino a 16 cavi possono essere collegati tramite dei
dispositivi che provvedono a rigenerare il segnale per arrivare a una
lunghezza massima consentita dalle specifiche di 72 metri.
FireWire 800 (nome dato da Apple alla versione a 9 pin dello standard
IEEE1394b) venne reso disponibile commercialmente da Apple nel 2003,
questa evoluzione dello standard innalza la velocità della connessione a
786.432 Mbps e è retrocompatibile col connettore a 6 pin della FireWire
400.
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Quasi tutte le moderne telecamere sono dotate di connessione FireWire, fin
dal 1995. Tutti i computer Apple attualmente in commercio sono dotati di
FireWire come molti portatili e alcuni computer IBM-compatibili predisposti
per la gestione dei segnali audio e video. La FireWire viene utilizzata anche
da molti modelli del lettore di musica digitale iPod per trasferire le canzoni e
caricare la batteria.
La maggior parte delle televisioni digitali e box interattivi in grado di
registrare in digitale con lo standard MPEG-2, sono dotati di porta FireWire.
Questa interfaccia, adottata per Hard disk esterni risulta mediamente più
veloce dell'USB.
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Hard disk
L’hard disk è quel dispositivo di memoria non
volatile capace di memorizzare
permanentemente dei dati, anche senza
alimentazione e anche dopo lungo tempo,
differentemente da quanto fanno, ad esempio,
le RAM.

Le componenti di un hard disk

Le componenti di un hard disk
Un hard disk è composto fondamentalmente da 5 parti: l'involucro, i piatti, un
albero (o asse), le testine e i circuiti elettronici di gestione.
Vediamo singolarmente le funzioni di queste componenti:
Involucro: serve evidentemente per contenere e
proteggere le altre parti di un hard disk; è costruito con
materiali metallici e plastici, e viene perfettamente
sigillato per evitare che polvere e qualsiasi oggetto
estraneo possa introdursi all'interno, mettendone a
rischio il corretto funzionamento.

Piatti: dischi metallici o di materiale plastico, rigidi, ricoperti da una
patina di ossido di ferro, o comunque di un materiale sensibile ai campi
magnetici.
Gli hard disk contengono un numero variabile di piatti ed è importante
conoscere alcuni parametri dei piatti: la loro densità di memorizzazione e il
numero di rotazioni per minuto (rpm). A un valore di rpm più elevato
corrispondono prestazioni superiori (5400rpm e 7200rpm sono i valori dei
dischi più diffusi, in sistemi high end si ricorre a hd da 10000 rpm e oltre),
mentre la densità di memorizzazione dei piatti ci permette di sapere quanti
dati è possibile immagazzinare per ogni centimetro quadrato.
Albero: la velocità di rotazione dei piatti dipende dall'albero, cioè da
quell'asse attorno al quale girano, alla stessa velocità.

Testine: sono la componente che fisicamente si occupa della scrittura
e della lettura dei dati sui piatti. Per ogni lato di un piatto vi è almeno una
testina, posizionata su un braccio che viene fatto muovere tramite un
meccanismo magnetico-meccanico grazie al quale le testine possono
muoversi sull'intera estensione del piatto, dal centro sino al bordo.
L'abbinamento di questo movimento con la rotazione del piatto fa si che
ogni testina possa accedere all'intero piatto.
Circuiti elettronici: hanno il compito di ricevere i comandi impartiti
dall'utente tramite il pc, facendo spostare di conseguenza le testine per
leggere/scrivere i dati sui piatti.

La memorizzazione dei dati
Quando il pc riceve dei dati da memorizzare sull'hard disk, glieli invia sotto
forma di bit, che l'hard disk provvede a memorizzare magnetizzando il piatto del
disco, con una carica positiva o negativa. Ovviamente per fare ciò utilizza le
testine, e non necessariamente li memorizza sequenzialmente, ma può anche
sistemarli in zone diverse, anche su piatti diversi.
In questo modo si risolve un problema tipico dei nastri magnetici, che possono
essere letti solo sequenzialmente, cosa che li penalizza notevolmente dal punto
di vista del tempo di accesso, che invece sui dischi moderni è generalmente
inferiore ai 10ms.

La memorizzazione dei dati
Nel momento in cui è necessario andare a rileggere i dati per utilizzarli,
le testine non fanno altro che rimuoversi per rileggerli, determinando il
campo magnetico di ogni bit, e quindi reinviano i dati al sistema; rimane
da capire come il pc possa sapere dove andare a cercare le
informazioni che sta cercando, in mezzo a una miriade di bit sparsi.

La formattazione
La formattazione organizza i dati in modo che il sistema possa scriverli
e leggerli con ordine, utilizzando un criterio ben preciso; esistono due
tipi di formattazione: a basso livello (o fisica) e logica. Formattando a
basso livello (cosa che in genere viene effettuata direttamente dal
produttore, ma mediante apposite utility si può ripetere) si divide il disco
rigido nelle subunità principali: tracce, settori, cilindri.

La formattazione a basso livello

La formattazione a basso livello
Le tracce sono dei "cerchi concentrici" scritte su tutti i lati di tutti i piatti,
e sono numerate; l'insieme di tutte le tracce identificate dallo stesso
numero, e quindi equidistanti dall'asse formano un cilindro, che può
essere immaginato come il collegamento ideale in verticale delle
estremità delle tracce. I settori invece sono una suddivisione delle
tracce, destinate a contenere una quantità prefissata di dati, minore di
quella delle tracce.
I cilindri hanno un grande vantaggio: scrivendo su di essi si evita di far
spostare le testine (le traccia infatti è la stessa...) e dunque si
risparmia notevolmente sul tempo di scrittura/lettura, dato che è
proprio lo spostamento delle testine la fase più lenta del processo.

La formattazione logica
La formattazione logica altro non è che l'inserimento del cosiddetto "file
system" sull'hard disk, ovvero quella struttura logica che memorizza le
posizioni fisiche di ogni singolo file, gestisce directory, quantifica lo
spazio disponibile e quello già utilizzato; inoltre, cosa molto importante,
contiene il record di boot, ovvero quei dati necessari all'avvio del
sistema operativo.
Per questo motivo ogni sistema operativo necessità di uno specifico
filesystem, o comunque di uno supportato.

STORIA
L'hard disk è stato inventato nel 1956 dall'IBM, era costituito da 50 dischi
del diametro di 24 pollici (circa 60 cm) e poteva immagazzinare circa 5
megabyte di dati. La denominazione originaria era fixed disk (disco fisso), il
termine hard disk nacque intorno al 1970 per contrapposizione coi neonati
floppy disk.
Nel 1963 sempre IBM ideò il meccanismo di sollevamento della testina
mediante l'aria. Nel 1973 IBM introdusse il modello 3340 Winchester, così
denominato per analogia con il popolare modello di fucile ".30-30
Winchester" poiché era dotato di due dischi da 30 MB l'uno; questo nome
entrò nell'uso comune come sinonimo di hard disk perché questo modello
fu il predecessore di tutti gli hard disk moderni.
Il primo modello per microcomputer fu l'ST506 prodotto da Seagate
Tecnology nel 1980, aveva una capacità di 5 MB, diametro di 5 pollici e 1/4

Gli hard disk moderni hanno capacità e prestazioni enormemente superiori a
quelle dei primi modelli, ma restano comunque molto al di sotto delle
prestazioni dei componenti elettronici che compongono il resto del computer.
Per questo motivo, l'hard disk è spesso la causa principale del rallentamento di
un computer.

Le caratteristiche principali
Le caratteristiche principali di un hard disk moderno sono:
la capacità
il tempo di accesso
la velocità di trasferimento

La capacità è in genere espressa in gigabyte (GB). I produttori usano i
gigabyte metrici, invece delle approssimazioni per potenze di due usate
per la memoria. Questo significa che un hard disk di una data capacità è
in realtà un poco più piccolo di un modulo di memoria con la stessa
capacità, e lo scarto aumenta all'aumentare delle dimensioni. Gli hard
disk si trovano in vendita con capacità generalmente comprese tra 40 e
750 gigabyte. La capacità può essere aumentata incrementando la
densità con cui le informazioni vengono memorizzate sui dischi, usando
dischi più grandi, o usando un numero maggiore di dischi. In maggio
2006, Seagate, ha prodotto e messo in vendita un hard disk da ben 750
Gb, il Barracuda 7200.10.

Il tempo di accesso è la variabile più importante nel determinare le
prestazioni di un hard disk, ma spesso non viene menzionata dal
produttore. Si tratta del tempo medio necessario perché un dato posto
in una parte a caso dell'hard disk possa essere reperito. Il tempo
impiegato dipende dal fatto che la testina deve spostarsi, e
contemporaneamente il disco deve girare finché il dato interessante
non si trova sotto la testina (latenza rotazionale). I produttori cercano
perciò di realizzare testine sempre più leggere (che possono spostarsi
più in fretta perché dotate di minore inerzia) e dischi che girano più
velocemente. Il tempo di accesso tipico per un hard disk consumer è
attorno ai 10 millisecondi. Per un hard disk ad alte prestazioni (15.000
giri) è di 3 o 4 millisecondi.

La velocità di trasferimento è la quantità di dati che l'hard disk è
teoricamente in grado di leggere o scrivere sul disco in un
determinato tempo (in genere si prende 1 secondo come
riferimento). Usare dischi che ruotano più velocemente o
incrementare la densità di memorizzazione porta ad un
miglioramento diretto della velocità di trasferimento. C'è da dire che,
a parte casi particolari, la velocità di trasferimento teorica viene
raramente raggiunta e il tempo di accesso è quello che
maggiormente influenza le prestazioni di un hard disk.

Caratteristiche prestazionali
Oltre alle tre viste sopra, altre caratteristiche influenzano in misura
minore le prestazioni di un hard disk. Tra queste:
il buffer di memoria
la velocità dell'interfaccia

Il buffer è una piccola memoria cache (in genere di alcuni megabyte)
posta a bordo dell'hard disk, che ha il compito di memorizzare gli ultimi
dati letti o scritti dal disco. Nel caso che un programma legga
ripetutamente le stesse informazioni, queste possono essere reperite nel
buffer invece che sul disco. Essendo il buffer un componente elettronico
piuttosto che meccanico, la velocità di trasferimento è molto maggiore.
L' interfaccia di collegamento tra l'hard disk e la scheda madre (o, più
specificatamente, il controllore) può influenzare le prestazioni perché
specifica la velocità massima alla quale le informazioni possono essere
trasferite da o per l'hard disk. Le moderne interfacce tipo ATA133, Serial
ATA o SCSI possono trasferire centinaia di megabyte per secondo,
molto più di quanto qualunque singolo hard disk possa fare, e quindi
l'interfaccia non è in genere un fattore limitante. Il discorso può cambiare
nell'utilizzo di più dischi in configurazione RAID, nel qual caso è
importante utilizzare l'interfaccia più veloce possibile, come per esempio

L'interfaccia più comune è quella IDE, poi evolutasi in EIDE e ATA. Un cavo piatto,
solitamente grigio, è usato per connettere l'hard disk alla scheda madre. Spesso il cavo ha
un terzo connettore per poter usare un altro hard disk (o altre periferiche ATA come i lettori
cd) con lo stesso cavo. In tal caso, per poter distinguere tra le due periferiche, esse devono
essere configurate una come master e una come slave. Questa configurazione può avvenire
sia manualmente, spostando dei jumper presenti sulle periferiche, sia automaticamente se
esse sono impostate come cable select. In quest'ultimo caso è la scheda madre a decidere
chi è il master e chi lo slave. Questo è particolarmente utile quando si utilizzano dischi fissi
vecchi, o nel caso di bassa compatibilità tra unità diverse (ad esempio due dischi fissi, ma
anche un disco fisso e un lettore CD).
Una scheda madre ha solitamente due connettori IDE (primario e secondario, detti spesso
canali e impropriamente controller), ad ognuno dei quali è possibile connettere due unità per
un totale di quattro periferiche. Non mancano schede madri con quattro connettori. Il cavo
IDE non porta l'alimentazione elettrica necessaria per il funzionamento delle periferiche, che
quindi devono essere connesse all'alimentatore per mezzo di un cavo separato.

Tipicamente, un personal computer ha un disco fisso come master sul canale IDE
primario, ma a seconda del sistema operativo utilizzato esso può risiedere su una
qualunque interfaccia IDE.
Ecco un esempio delle possibili connessioni all'IDE di un pc:
canale primario:
•master: hard disk;
•slave: lettore cd (con il jumper su cable select)
canale secondario:
•master: hard disk;
•slave: masterizzatore DVD

Impostazione di master, slave, cable select
Ogni unità che può essere connessa ad un cavo IDE (hard disk, lettore/masterizzatore
CD/DVD) possiede un gruppo di pin nella parte posteriore, tra il connettore per il cavo IDE
e quello per l'alimentazione, che possono essere collegati a due a due da un apposito
jumper. La posizione dei jumper per ottenere le diverse funzioni è normalmente descritta
sull'etichetta che riporta le caratteristiche dell'hard disk.
Precauzioni
Se si dovesse tentare una riparazione fai-da-te di un hard disk senza l'adeguata
strumentazione (camera bianca), si potrà talvolta arrivare allo smontaggio della parte
elettronica, ma qualsiasi tentativo di aprire la parte sigillata che contiene le parti mobili
dell'hard disk quasi sicuramente tramuterà il problema in un danno irreversibile. Spesso i
centri assistenza specializzati e professionali faranno poi pagare molto caro anche il
tentativo

Gli hard disk sono prodotti in due dimensioni standardizzate, i 3,5 pollici e 2,5 pollici. I
primi sono utilizzati nei personal computer, i secondi nei computer portatili e dovunque ci
sia poco spazio e/o potenza di alimentazione. Entrambi i formati sono utilizzati anche per
realizzare memorie di massa esterne ai computer, collegabili tramite un cavo USB2 o
FireWire, adottate quando occorra trasportare agevolmente grandi quantità di dati. Nel
formato più piccolo l'alimentazione avviene tramite il cavo dell'interfaccia, quello
maggiore fa uso di un alimentatore dedicato, attualmente la capacità di queste
periferiche arriva a 2 Terabyte, il miglior rapporto tra capacita e prezzo è il taglio da 320
Gibabyte. Gli hard disk da 2,5" sono infatti più piccoli e meno esigenti, ma al prezzo di
capacità e prestazioni sensibilmente minori e costi maggiori (ad esempio, una velocità di
rotazione di 4600 o 5400 rpm, invece dei 7200 rpm o più degli hard disk da 3,5).
Recentemente sono stati prodotti hard disk in formato compact flash di tipo II, grandi solo
due o tre centimetri e spessi quanto una carta di credito, ma contenenti comunque alcuni
gigabyte di memoria (vedi IBM Microdrive). L'ideazione da parte di Hitachi nel 2005 del
cosiddetto metodo di "registrazione perpendicolare" sembra aprire la strada ad una
nuova generazione di hard disk, con capacità dieci volte maggiori a parità di dimensioni
(o, parallelamente, dimensioni 10 volte minori a parità di capacità), grazie ad una
maggiore densità con cui le informazioni vengono memorizzate nel materiale
magnetizzato che costituisce i piatti dell'hard disk.

Gli hard disk più veloci sviluppano molto calore. Alcuni devono addirittura essere
raffreddati con ventole apposite.
Il rumore emesso da un hard disk può essere molto fastidioso nel caso di un computer
da tavolo. È composto da un sibilo continuo, dato dalla rotazione dei dischi ad alta
velocità, e da un crepitio intermittente, di cui ogni clic corrisponde ad un movimento della
testina. I produttori di hard disk possono scegliere tra realizzare un hard disk silenzioso
ma lento, o rumoroso ma veloce. Per maggiore flessibilità in alcuni hard disk la velocità
della testina è impostabile via software, alcuni produttori, per ridurre di qualche decibel il
rumore, adottano come supporto dell'albero rotante, la bronzina al posto del cuscinetto.