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SISTEMAS INFORMÁTICOS. Estructura física

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U.T.2. Sistemas Informáticos. Estructura física. II U.T.2. SISTEMAS INFORMÁTICOS. ESTRUCTURA FÍSICA. II ............. 1 2.1.5. Unidades de almacenamiento secundario............................................. 1 2.1.5.1. Discos magnéticos ...................................................................................... 2 2.1.5.2. Disco duro .................................................................................................. 3 2.1.5.3. Discos flexibles. ....................................................................................... 12 2.1.5.4. Cinta magnética ........................................................................................ 12 2.1.5.5. Otros dispositivos magnéticos .................................................................. 14 2.1.5.6. Lector-grabador de discos ópticos y soportes ópticos .............................. 15 2.1.5.7. MAGNETO-ÓPTICOS ............................................................................ 19

2.1.5. Unidades de almacenamiento secundario. Formado por el conjunto de dispositivos y medios o soportes que permiten almacenar información de forma masiva y permanente. Se caracterizan por: •

Capacidad de almacenamiento grande. Generalmente mucho más que la memoria principal, actualmente varios GB e incluso TB.

•

No se pierde información por falta de alimentación. Mantienen la información aún en caso de apagar el equipo.

•

Altas velocidades de transferencia de información.

•

Mismo formato de almacenamiento que en memoria principal.

•

Siempre independientes de la CPU y de la memoria primaria. Por esto, los dispositivos de almacenamiento secundario, también son conocidos como, dispositivos de almacenamiento externo o memorias externas.

El subsistema de almacenamiento, surge de la necesidad de conservar grandes cantidades de información después de apagar el ordenador. •

Debe procurar un bajo coste por Mbyte debido al gran volumen de información que se maneja habitualmente.

•

El tiempo de acceso es superior a la memoria volátil y su velocidad de transferencia menor.

•

La mayoría de los sistemas de almacenamiento de alta capacidad incluyen elementos móviles, lo que será determinante a la hora de su fiabilidad y velocidad.

Al hablar de dispositivos de almacenamiento debemos tener claros unos conceptos: •

Soporte. El soporte hace referencia al material en el que se graban los datos, la materia capaz de almacenar la información. Éste puede ser de naturaleza: •

Magnética

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Óptica Electrónica

Medio. El material que contiene el soporte. Un elemento con un formato físico adecuado al dispositivo que lo manejará. • • •

•

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Cinta Disquete Tarjetas flash

Periférico. Es el dispositivo que manipula (lee/graba) la información almacenada en el medio. • • •

2.1.5.1.

Disqueteras Grabadoras Lectores de tarjetas Discos magnéticos

Una primera diferencia respecto a la memoria volátil, RAM, es en las unidades de información que se manejan en los accesos de lectura y escritura, así en la RAM la unidad mínima de acceso es el byte, sin embargo en los discos la unidad mínima es el sector (512 bytes). Para no ralentizar demasiado los accesos a los discos, estos cuentan con una unidad de organización superior que es el Cluster. Este indica el nº de sectores adyacentes a los que se accede en cada operación de lectura/escritura. Así, si tenemos que localizar una información que se encuentra en un sector determinado, a la hora de acceder a él, haremos una operación de acceso al clúster en el que se encuentra. El tamaño del clúster es variable y configurable en los dispositivos, y tiene la ventaja de mejorar la velocidad de acceso a la información y el perjuicio de desperdicio de espacio en los soportes. Sobre un material que sirve de substrato base con las propiedades mecánicas deseadas se deposita y adhiere una capa muy fina de material ferromagnético en forma de filamentos muy finos que serán los que guarden la información en forma de magnetismo remanente. Este tipo de dispositivos necesita para leer y escribir la información de una cabeza magnética. En las operaciones de escritura esta cabeza magnética transporta una pequeña corriente eléctrica con la información que se desea grabar. Se sitúa la cabeza en contacto con la superficie magnética del soporte, y el paso de la corriente eléctrica por un solenoide genera un campo magnético capaz de imantar las partículas magnéticas que se encuentren en la proximidad de la cabeza. En las operaciones de lectura, la cabeza es sensible a los campos magnéticos remanentes que se han grabado en el soporte, generando una pequeña corriente eléctrica que tras una adecuada amplificación se utilizará para 2

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restaurar la información grabada. En las operaciones de lectura estos campos magnéticos se traducen como niveles lógicos (bits) por los circuitos electrónicos que incorporan estos dispositivos. Los procesos de leer y escribir se basan en los siguientes principios físicos electromagnéticos: •

Al circular una corriente eléctrica por un conductor, genera a su alrededor un campo magnético proporcional a dicha corriente, y perpendicular al conductor. (escritura)

•

Al situar un conductor en el seno de un campo magnético variable, se induce una corriente en dicho conductor proporcional a la variación de dicho campo magnético. (lectura)

Para hacer más eficiente el sistema de escritura, sólo se modifica la orientación magnética de las partículas a las que corresponde un 1, dejando sin modificación las que deben almacenar un 0. Previamente a la escritura se habrán orientado todas las partículas en una misma dirección, es decir se habrán puesto a cero (Formateo de un disco). El movimiento de la cabeza para alejarse o acercarse al eje del disco, se ha solucionado con un brazo móvil que sujeta la cabeza. Dicho brazo es dirigido por los circuitos electrónicos de la unidad de lectura/escritura, y utiliza motores “paso a paso” para el posicionamiento en la pista deseada. En un disco flexible, la velocidad es relativamente baja, la cabeza grande y robusta y la superficie del disco de un material plástico, la cabeza de lectura escritura se apoya directamente sobre la superficie del disco, y esto provoca que la vida útil de un disco sea más corta y el desgaste de las cabezas grande si se utiliza con mucha asiduidad. En los discos duros el cabezal no se apoya en los discos sino que se coloca a una distancia mínima sobre el disco que está rotando constantemente. Esta distancia es del orden de micrones. 2.1.5.2.

Disco duro

El llamado “disco duro” está formado por una pila de platos que son leídos por un conjunto de cabezas. Cada plato se divide en pistas que a su vez se dividen en sectores.

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Hay tantas cabezas como superficies útiles. En principio, dos cabezas por cada disco. Las cabezas se mueven a la vez, pues están unidas al mismo brazo. Un circuito multiplexor se encarga de conmutar la lectura/escritura entre una u otra cabeza. Se denominan cilindros al conjunto de pistas de todos los platos que equidistan del eje. Es decir, pistas a las que acceden las cabezas cuando el brazo no se mueve. La Dirección CHS (Cylinder Head Sector) es el conjunto de coordenadas que Disponemos de un disco duro con las características siguientes: 12 caras 27.723 pistas por cara 528 sectores Calcula la capacidad del disco duro

determinan un sector serían el cilindro, la cabeza y el sector. Las unidades actuales, además de los platos y cabezas lectoras, incorporan toda la circuitería necesaria para el control de los discos. También incluyen un buffer de sectores (caché de disco) que permite acelerar el flujo de datos hacia la interfaz. Suele ser desde 128KB hasta varios MB en los de gama alta. La interfaz será la encargada de emitir/recibir las órdenes en el bus ATA, SATA o SAS y de recibir/servir la información de los discos. Funcionamiento Los discos se encuentran girando continuamente a velocidad elevada (típicamente 5.400, 7.200, 10.000, 15.000 r.p.m.) debido a dos razones: •

•

La inercia ralentizaría excesivamente el proceso de arranque-parada (Lo que sucede en las disqueteras).

Gracias a la forma aerodinámica del cabezal, el aire al chocar a velocidad elevada provoca una fuerza hacia arriba (efecto de sustentación) sobre la cabeza. Esta fuerza equilibra la presión del muelle y evita el contacto disco-cabeza eliminando el rozamiento (desgaste).

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Los brazos, en cuyo extremo se encuentran las cabezas, son movidos por diminutos motores eléctricos servo asistidos. La precisión en el movimiento de las cabezas determinará la separación entre pistas. El movimiento del brazo y la velocidad de rotación determinan el tiempo de acceso a los sectores. •

Tiempo de búsqueda: (seek time). Es el tiempo empleado en mover la cabeza a la pista requerida. Suele especificarse su valor medio que actualmente no sobrepasa los 10 ms.

•

Latencia rotacional: (latency). Una vez el cabezal en la pista, es la tardanza en situar la cabeza en el sector. También se especifica el valor medio, que es igual al tiempo que tarda el disco en dar media vuelta. Por lo tanto mejora al aumentar la velocidad de rotación.

Cuando el disco se para, el cabezal es colocado en una zona especialmente diseñada en la parte más cercana al eje del disco, conocida como zona de aparcamiento (Landing Zone). Esta zona tiene una superficie especial de textura rugosa con el fin de limpiar la suciedad que pueda arrastrar el cabezal. El área de aparcamiento se encuentra en la zona más interna del disco, lejos del último cilindro de datos. Formatos de grabación. Llamamos formato al conjunto de reglas que determinan la grabación de datos en el disco. Este formato lo dividiremos en 3 niveles según cual sea su objetivo organizativo. • •

1er nivel. Se organiza la superficie en dominios magnéticos (áreas) que representarán los bits (bit = cambio de flujo magnético en las partículas de la superficie) 2º nivel. Organización de la superficie en bloques de bits que las cabezas pueden identificar. División en sectores y pistas. Se añade información de identificación y control de errores. Todas las pistas tienen el mismo nº de sectores, por lo que la densidad de grabación es diferente según estemos más cerca o lejos del eje de rotación.

Después de formatear en sectores, se lee el disco para comprobar que todas las cabeceras y datos pueden ser leídos. Si durante el formateo se detecta un sector defectuoso, se reescribe su cabecera con un bit de estado que indica esta circunstancia. Cuando el controlador lea la cabecera, lo sustituirá por otro sector reservado para este propósito. Los fabricantes suministran dentro de la propia unidad una lista de sectores defectuosos que usará la controladora. Los programas de chequeo producirán una lista actualizada de sectores defectuosos. • 3er nivel. Organización del disco para su utilización por el sistema operativo. División en particiones, directorios, tablas de asignación de archivos (FATs), etc. Un disco duro puede dividirse en varias particiones antes de proceder al formato de cada una de ellas. Las particiones, también conocidas como volúmenes, pueden ser formateadas de distinta manera y contener distintos sistemas operativos.

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En este nivel de formato, el disco duro se divide en las siguientes partes: 1. Sector de particiones o Master Boot Record (MBR): En él se definen las particiones en que está dividido el disco. (Esta parte no existe en los disquetes, que no pueden tener particiones). 2. Particiones, cada una de las cuales se compone de: • Sector de arranque (Boot sector): Contiene una rutina para el arranque del sistema operativo de la partición además de una zona con los parámetros que necesitan las rutinas del BIOS (BIOS Parameter Block) • FAT (File Allocation Table): La tabla de localización de archivos contiene una lista de todos los fragmentos (llamados clusters) que componen cualquiera de los archivos del volumen. • Directorio raiz: Contiene una lista de los archivos del volumen (nombre, extensión, tamaño, etc…). • Zona de datos: Contiene la información, es decir, el contenido de los archivos. Como cada partición tiene su propio sistema de archivos el SO manipula cada una como si fuera un disco independiente. Hay 3 tipos de particiones: •

Primarias. Son las divisiones del disco. Solo puede haber 4 primarias o 3 primarias y una extendida. Las detectan y manejan los SO si son compatibles. • Extendidas. Actúan como las primarias y pueden contener más unidades (lógicas), rompiendo la limitación de las 4 primarias. Una por disco. • Lógicas. Ocupan parte o toda la extendida. Hasta 23 por cada extendida. Fragmentación Los archivos no se guardan en cluster consecutivos sino que a medida que se borran y añaden archivos, los clusters de un mismo archivo se desperdigan por el disco (fragmentación). El hecho de agrupar los sectores en clusters, impide que la fragmentación sea exagerada. Tipos de comunicación interfaz-CPU

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Independientemente de la velocidad propia del conjunto disco-controladora, la forma en que se transfieren los datos desde la interfaz a la memoria define la velocidad del sistema de almacenamiento. Los métodos básicos son: •

Programed I/O (PIO): El acceso se realiza a través de los puertos de entrada/salida. La CPU controla las transferencias a través de instrucciones de entrada/salida (tipo IN y OUT del x8086) que mueven los datos desde/hacia los registros de la CPU. Consume gran cantidad de tiempo de CPU. Actualmente, este método está obsoleto.

•

Memory-Mapped I/O: Se reserva una zona de memoria fija, que habitualmente suele ser un segmento fijo de memoria por encima de la RAM de video. La CPU realiza la transferencia por medio de instrucciones de acceso a memoria que trabajan más rápidamente que los accesos mediante instrucciones tipo I/O.

•

DMA (Direct Memory Access): DMA es una característica esencial en todos los ordenadores modernos, ya que permite a dispositivos de diferentes velocidades comunicarse sin someter a la CPU a una carga masiva de interrupciones. Una transferencia DMA consiste principalmente en copiar un bloque de memoria de un dispositivo a otro. En lugar de que la CPU inicie la transferencia, la transferencia se lleva a cabo por el controlador DMA. Un ejemplo típico es mover un bloque de memoria desde una memoria externa a una interna más rápida. Tal operación no ocupa al procesador y como resultado éste puede ser planificado para efectuar otras tareas. Las transferencias DMA son esenciales para aumentar el rendimiento de aplicaciones que requieran muchos recursos.

Interfaces •

IDE. Con el estándar IDE, se unió la controladora al disco, con lo que la tarjeta IDE no es más que una interfaz con el bus ISA o PCI. Dentro de la circuitería del propio disco, se incluyó un buffer de sectores, que permite leer sectores y mantenerlos en esta memoria. Esto acelera la transferencia de datos. También se le conoce como ATA (AT Attachment) que hace referencia a que es una interfaz de unión con el bus AT, o sea ISA de 16 bits. Sólo permite la conexión de discos duros.

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EIDE. Diseñado para superar limitaciones de IDE, permite la conexión de otros dispositivos como CD-ROM, unidades de cinta, … Salva la limitación de tamaño provocada por el BIOS del XT, permitiendo discos mayores de 504 MB. Mayores velocidades de transferencia.

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Los equipos incluyen de serie dos canales independientes (primario y secundario) para conectar hasta cuatro dispositivos (1 maestro y 1 esclavo en cada canal). • •

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ATA-3. Revisión de ATA-2 que incluye la tecnología S.M.A.R.T. (SelfMonitoring, Analisys and Reporting Technology). ATA-4. También llamada por intereses comerciales Ultra-ATA/33, Ultra ATA, Ultra DMA, DMA-33, ATA-33, o alguna combinación de los anteriores. La interfaz Ultra-ATA/33 permite funcionar con el protocolo Ultra DMA/33. Aumenta la velocidad de transferencia. Y mejora la utilización de la CPU del sistema. ATA-5, ATA-6. Bajo esta especificación se incluyen los modos de transferencia Ultra DMA/66-100-133 cuya velocidad de transferencia máxima es de 66-100-133 MB/s. En estas especificaciones se precisa un cable especial de 80 hilos en vez del tradicional de 40. Los nuevos hilos son masas que hacen de blindaje evitando interferencias (diafonía) y mejorando la integridad de la señal, lo que permite mayores velocidades manteniendo la integridad de los datos. Sin embargo el conector sigue siendo el de 40 contactos, lo que permite la convivencia con los viejos discos IDE/ATA. Si conectamos un dispositivo antiguo, por ejemplo UDMA/33, el chip de interfaz Ultra DMA/66-100-133 pasará automáticamente a funcionar como UDMA/33.

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SATA. Ante el agotamiento del viejo diseño IDE, el bus se ha rediseñado completamente, pasando a ser un bus serie. La principal diferencia del interfaz SATA con respecto al PATA radica en el conector utilizado, que en este caso, consta de 7 hilos de los cuales 4 son los pares de señal de transmisión y recepción y los otros tres son cables de masa. La longitud de estos cables puede ser de hasta 1m de largo, superior a la de los discos ATA que está limitada a 50 cm. El interfaz SATA sólo permite la conexión de un disco duro por canal, por lo que no dispone de las posibilidades de conexión maestro/ esclavo de los dispositivos ATA, sin embargo, en cuanto a velocidad, los discos duros SATA toman como punto de partida los 150 MB/s de transferencia de datos, algo mayor que los 133 MB/s de los discos ATA133. Una de las características más importantes de estos dispositivos es la posibilidad de conectarlos y desconectarlos en caliente (con la alimentación del ordenador encendida).

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SATA II. Doblan la velocidad de transferencia hasta 300MB/s siendo compatible totalmente con dispositivos de la anterior especificación SATA.

•

SATA III. Alcanzan velocidades de 600 MB/s

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SCSI-1. La primera definición de la interfaz, conocida como SCSI-1 fue aprobada en 1986. SCSI-1, es una interfaz estándar para la conexión

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de hasta 7 dispositivos externos o internos (discos, cintas, escáner, CD-ROM, …). Físicamente, la interfaz SCSI puede consistir en un integrado en placa base o en una tarjeta con conexión al bus de expansión. La comunicación entre controladora y dispositivos se realiza enviando órdenes estandarizadas por un bus paralelo de 8 bits que los dispositivos interpretan y ejecutan.

Integra su propia BIOS donde se redefinen las rutinas de acceso al disco para adecuarlas al estándar SCSI. En el arranque las rutinas POST escanean la memoria en busca de BIOS adicionales como esta. Una vez que la detectan, esta BIOS suele instalarse en la zona de memoria superior

Comunicación independiente Siempre que estén preparados, la norma permite que los dispositivos puedan comunicarse entre sí independientemente, intercambiando datos sin necesidad de intervención del Host. Por ejemplo un CD-ROM con un disco duro durante un proceso de copia. Capacidad de desconexión También referida como capacidad multitarea, los dispositivos SCSI pueden desconectarse del bus tras reconocer una orden, y después de ejecutar dicha orden de forma autónoma reconectarse para completar la operación. Así mientras el dispositivo está desconectado y procesando una orden, el sistema está libre para realizar otras tareas. Esta característica permite al sistema: • Procesar al mismo tiempo órdenes de diferentes dispositivos. • Solapar totalmente las operaciones de lectura/escritura. En un sistema SCSI con varios discos, unos pueden estar ejecutando tareas de escritura mientras otros realizan tareas de lectura. • El controlador puede enviar una orden de formateo a un disco duro. Éste se desconecta del bus mientras realiza dicha operación para luego reconectarse y dar por finalizada la operación.

Cada dispositivo tiene un ID que lo identifica en la cadena SCSI. La norma SCSI-1 permite la conexión de 7 dispositivos (Normalmente ID = 0 - 6 ) a una controladora (normalmente ID=7). Los dispositivos SCAM (SCSI Configuration Automatically) son capaces de auto-asignarse un ID, siempre y cuando la controladora cumpla la misma norma.

La cadena debe estar cerrada en ambos extremos. Los dispositivos situados en los extremos de la cadena deben poseer una resistencia terminal. Esta suele ser un jumper aunque actualmente algunos dispositivos son capaces de autoterminarse.

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SCSI-2. Incluye varias mejoras respecto SCSI-1: Permite transferencias asíncronas de 1,5 MB/s y síncronas de 5 MB/s. SCSI-2 define también Fast-SCSI que dobla la velocidad de reloj desde los 5 MHz hasta los 10 MHz, lo que permite doblar la transferencia desde los 5 MB/s hasta los 10 MB/s.

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Wide SCSI. Dobla el número de las líneas de datos, de 8 a 16 bits, el cable y conector tienen 68 contactos. Amplía el número de dispositivos a 15 más la controladora. SCSI-3. Se introduce Ultra SCSI y UltraWide SCSI. SAS (Serial Attached SCSI): Interfaz de transferencia de datos en serie, sucesor del SCSI paralelo, aunque sigue utilizando comandos SCSI para interaccionar con los dispositivos

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SAS. Aumenta la velocidad y permite la conexión y desconexión de forma rápida. Una de las principales características es que aumenta la velocidad de transferencia al aumentar el número de dispositivos conectados, es decir, puede gestionar una tasa de transferencia constante para cada dispositivo conectado, además de terminar con la limitación de 16 dispositivos existente en SCSI, es por ello que se vaticina que la tecnología SAS irá reemplazando a su predecesora SCSI. Además, el conector es el mismo que en la interfaz SATA y permite utilizar estos discos duros, para aplicaciones con menos necesidad de velocidad, ahorrando costos. Por lo tanto, los discos SATA pueden ser utilizados por controladoras SAS pero no a la inversa, una controladora SATA no reconoce discos SAS.

Parámetros de los Discos duros. Los parámetros que determinar las prestaciones de un disco duro son los siguientes: TMA: Tiempo medio de acceso (“Average Seek Time”) o tiempo medio de búsqueda y posicionamiento de las cabezas del disco duro en un cilindro determinado. Se mide en milisegundos. Velocidad de rotación (RPM): Es la velocidad a la que gira el disco duro, más exactamente, la velocidad a la que giran el/los platos del disco, que es donde se almacenan magnéticamente los datos. La regla es: a mayor velocidad de rotación, más alta será la transferencia de datos, pero también mayor será el ruido y mayor será el calor generado por el disco duro. Se mide en número revoluciones por minuto (RPM). No debe comprarse un disco duro IDE de menos de 7200RPM, ni un disco SCSI de menos de 7200RPM. Memoria CACHE (Tamaño del buffer). El buffer o la caché es una memoria que va incluida en la controladora interna del disco duro, generalmente, de modo que todos los datos que se leen y escriben a disco duro se almacenan primeramente en el buffer. Generalmente los discos traen entre 2Mb y 16 Mb de caché incorporada a la propia controladora. Pero si no es así, pueden usar la propia memoria principal para este propósito. Buffer de Pista: es una memoria incluida en la electrónica de las unidades de disco, que almacena el contenido de una pista completa, así cuando se pide la lectura de una pista, esta lectura de hace de una sola vez toda ella. TMB: Posicionamiento pista a pista (“Track-Track Seek”). Tiempo medio de posicionamiento de las cabezas del disco duro entre dos cilindros consecutivos. Se mide también en milisegundos (mseg) y no suele especificarse en las tablas. Velocidad de transferencia de datos: (“Data Transfer Rate”). Especifica la cantidad máxima de información que se transfiere por unidad de tiempo. Se mide en Mbytes/segundo. MTBF (“Mean-time-between-failure”): Tiempo medio de vida entre fallos. Se especifica en horas. Capacidad: Hoy en día se mide en GB o TB.

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Discos flexibles.

Funcionalmente son similares a los discos duros, solo que la velocidad de rotación es mucho más baja y los cabezales de lectura/escritura se apoyan en el disco. Físicamente el disco flexible es una superficie circular con partículas magnéticas a la que se le ha fijado en su centro una pieza metálica también circular, esta pieza metálica tiene la misión se encajar en el eje del motor de la disquetera y hacer girar a todo el conjunto. Este disco viene protegido mediante una carcasa de plástico, con un cierre metálico deslizante de protección. Los antiguos discos de 5 ¼” no disponían de cierre metálico. Al insertar el disco en la disquetera, se desliza el cierre metálico de protección, para permitir el acceso de la cabeza magnética a la superficie del disco. La carcasa de plástico de los discos flexibles, incorpora una protección de datos, se trata de una pestaña situada en la parte inferior derecha. Cuando la pestaña cierra esta abertura, el disco puede ser escrito o leído, pero cuando la pestaña libera esta abertura, el disco solo podrá ser leído. En la zona inferior izquierda de la carcasa del disco hay otra abertura idéntica a la anterior, pero sin la pestaña de cierre. Esta abertura es característica del tipo “HD”. Los discos del tipo “DD” no incorporan esta abertura. Los últimos discos flexibles utilizados fueron de 1.44 Mbytes. El formato interno es muy similar al de un disco rígido, pero cambia su capacidad. Los discos de 3 ½" o 2HD (doble alta densidad), poseen 18 sectores por pista (512 bytes por sector), y como poseen dos caras la capacidad total será pues: 18 sectores/pista x 512bytes/sector x 80pistas/cara x 2caras = 1.474560 Bytes = 1,44 MB. 2.1.5.4.

Cinta magnética

Las unidades de cinta magnética son dispositivos de entrada/salida de datos de acceso secuencial, que permiten la grabación y lectura (no destructiva) de la información sobre un soporte magnético. Aparecieron en 1951 con el computador UNIVAC 1. Una unidad de cinta constará, aparte del soporte de almacenamiento (cinta magnética), de un controlador de cinta, que reúne los elementos electrónicos y electromecánicos que permiten realizar las acciones de lectura y escritura de información, posicionado de la cinta y sincronismo, envío y recepción de los datos. El soporte de almacenamiento magnético consta de una cinta de material sintético de 1/2 de pulgada de anchura y del orden de 3 centésimas de milímetro de espesor, recubierta de una capa de óxido de hierro, óxido de cromo o partículas de metal, de 1.5 centésimas de milímetro de espesor. Estas cintas se suministran en carretes de unos 800 m. de longitud. 12

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Para la realización de la grabación sobre la cinta es necesario un cabezal de grabación. Durante la grabación una corriente aplicada produce la magnetización de la cinta (los pequeños imanes que la forman son orientados por el campo magnético producido). En la reproducción estos pequeños imanes producen en la cabeza una pequeña corriente inducida. La cabeza es un electroimán con su núcleo interrumpido en un punto. Esta interrupción es el entrehierro, donde el campo magnético que existe en el núcleo por la corriente que se ha aplicado, se dispersa un poco hacia el exterior. De esta manera si la cinta se “pega” al entrehierro es posible su magnetización. Los parámetros más importantes en los que nos fijaremos son dos. •

La longitud del entrehierro, la cual nos limita la máxima frecuencia a grabar.

•

El ancho de la pista que como su nombre indica nos da la anchura de la pista que el cabezal graba sobre la cinta. Esta anchura nos da la cantidad de señal que podemos obtener, a mayor anchura más señal (mejor relación señal/ruido)

El ancho de la cinta está dividido en 9 pistas a lo largo de toda la longitud de la misma, cada una de ellas asociada con una cabeza de grabación y lectura, que permiten la escritura o lectura de un carácter, compuesto de 8 bits más un bit auxiliar de paridad vertical. Cada cierto número de caracteres se intercala también un carácter especial de paridad horizontal; cada bit del mismo nos informa sobre la paridad del conjunto de bits de su pista hasta el último carácter de paridad. Las cintas magnéticas de datos o streamers presentan muchos problemas como dispositivo de almacenaje de datos: casi todos los tipos son tremendamente lentas (típicamente menos de 250 Kb/s); lo que es peor, los datos se almacenan secuencialmente, por lo que si quiere recuperar un archivo que se encuentra a la mitad de la cinta deberemos esperar varias decenas de segundos hasta que la cinta llegue a esa zona; y además, los datos no están en exceso seguros, ya que como dispositivos magnéticos les afectan los campos magnéticos, el calor, etc, además del propio desgaste de las cintas. Aparte de la lentitud de acceso secuencial, otro problema importante consiste en la imposibilidad de intercalar información adicional. Para ello hay que volver a grabar todo el resto de la cinta hasta el final. Las unidades de cinta magnética perdieron terreno frente a los discos magnéticos. Prácticamente sólo se emplean para efectuar copias de seguridad (back-up). Tipos de cintas magnéticas. Los tipos principales de unidades de cinta son las QIC (Quarter-Inch Cartridge), es un antiguo sistema de cinta magnética utilizado para copias de seguridad (Backup) y el archivo de datos con una capacidad de hasta 20.000 MB. Utiliza cassettes de una longitud de cinta magnética de hasta 460 m y 6,5 mm (¼ pulgada) de ancho., Travan y DAT. Las Travan son una subclase que deriva de las QIC, con

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las que suelen guardar un cierto grado de compatibilidad; ambas forman el segmento económico del almacenaje en cinta. Las cintas DAT (“Digital Audio Tape”) son otra historia, tanto en velocidad como en precio. El acceso sigue siendo secuencial, pero la transferencia de datos continua (lectura o escritura) puede llegar a superar 1 MB/s, lo que justifica que la práctica totalidad utilice interfaz SCSI. Sin embargo, el precio resulta prohibitivo para un uso no profesional, aunque las cintas son baratas. Para terminar, una curiosidad muy importante: la capacidad física real de las cintas de datos suele ser la mitad de la nominal indicada en el exterior de la caja de la unidad o de la cinta, ya que al sólo utilizarse para hacer backups, generalmente comprimiendo los datos, suponen que se va a alcanzar una compresión de 2:1. En realidad la compresión depende del tipo de datos a comprimir (los programas se comprimen poco y los archivos de texto mucho, por ejemplo). Si la unidad se anuncia como de 2 GB, seguro que es de 1 GB y casi seguro que podrá almacenar más o menos 1,5 GB de datos comprimidos. 2.1.5.5.

Otros dispositivos magnéticos

UNIDADES ZIP (Iomega). Estos discos son dispositivos magnéticos un poco mayores que los clásicos disquetes de 3,5 pulgadas, aunque mucho más robustos y fiables, con una capacidad sin compresión de 100 MB una vez formateados. Este tamaño les hace inapropiados para hacer copias de seguridad del disco duro completo. Su velocidad de transferencia de datos no resulta comparable a la de un disco duro actual, aunque son decenas de veces más rápidos que una disquetera tradicional (alrededor de 1 MB/s para la versión SCSI). Existen en diversos formatos, tanto internos como externos. Los internos pueden tener interfaz IDE, como la de un disco duro o CD-ROM, o bien SCSI; ambas son bastante rápidas, la SCSI un poco más, aunque su precio es también superior. Imation LS-120 Esta unidad es capaz de leer y grabar en todos los formatos del estándar de 3 ½ , pero que también permite, con unos disquetes especiales y en un nuevo formato, almacenar 120 Mb. Esta unidad recibe el nombre de LS-120, y actualmente algunas empresas como Panasonic, ya están comercializando unidades tanto externas, conectables al puerto paralelo, como internas conectables al IDE. Al igual que la ZIP de Iomega, también está implementada en la ROM de

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algunos ordenadores para ser usada como unidad de arranque. 2.1.5.6.

Lector-grabador de discos ópticos y soportes ópticos

Las memorias ópticas presentan un gran potencial de almacenamiento, lo que está produciendo su expansión con la aparición de sistemas de lecturaescritura más económicos. Estos sistemas poseen densidades de almacenamiento extremadamente altas. El almacenamiento óptico también es adecuado para la utilización de sistemas extraíbles, y los sistemas ópticos son más resistentes y fiables que los magnéticos, al no existir la posibilidad de colisión de las cabezas que había en éstos, además de ser mucho más duraderos. Un sistema de almacenamiento óptico utiliza métodos ópticos para leer y/o escribir datos sobre un soporte de disco, en esencia un haz láser que explora las variaciones de dos estados de reflexión sobre una superficie especial. Existen distintas tecnologías que llevan a cabo estas operaciones: hay que distinguir entre unidades de disco de sólo lectura y de lectura-escritura. Estos sistemas se basan en las marcas físicas permanentes hechas sobre una superficie con un láser de baja potencia, de modo que una vez escrito no se puede borrar (WORM- “Write Once Read Many” - una escritura múltiples lecturas). Estos dispositivos ofrecen un medio de almacenamiento de alta capacidad, fácil transportabilidad y alta resistencia a la influencia de factores del medio. Sin embargo, sus prestaciones son inferiores a las de los discos duros, por lo que se han convertido en medios complementarios a éste, pero no excluyentes. CD-ROM. Los datos, con formato digital, se escriben en discos maestros mediante un equipo especial de grabación que hace unos surcos microscópicos en la superficie del disco, obteniéndose a partir de este disco maestro las copias mediante un proceso mecánico de presión, con lo que las copias así realizadas poseen contenidos de información fijos. La información codificada en los surcos se puede leer detectando, mediante un fotodetector incorporado al haz láser, los cambios en la reflexión del elemento de superficie iluminado por el láser. Gracias al desenfoque del haz en la capa más externa de la superficie, se puede conseguir gran insensibilidad frente al polvo e imperfecciones de la misma. Estos discos están formados por un disco de policarbonato de 120 µm de diámetro y 1.2 µm de espesor. Los hoyos miden 0.12 μm (micrones) de profundidad y 0.6 μm de anchura. La separación entre dos vueltas contiguas de la espiral es de 1.6 μm, lo que arroja una densidad de 16,000 pistas por pulgada (tpi), muy superior a la de los discos flexibles (hasta 96 tpi) y a la de los duros (varios cientos de tpi). La longitud a lo largo de la pista de los hoyos y los espacios planos situados entre ellos

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oscila entre 0.9 y 3.3 μm (ver figura 4.25). La acumulación de tan diminutos espacios produce un resultado asombroso: la longitud total de la pista espiral del disco CD ROM es de casi cinco kilómetros, y a lo largo de ella se ordenan casi 2,000 millones de hoyos. Mecanismo de lectura de un CD 1. Un haz de luz láser es emitido por un diodo de infrarrojos hacia un espejo que forma parte del cabezal de lectura que se mueve linealmente a lo largo de la superficie del disco. 2. La luz reflejada en el espejo atraviesa una lente y es enfocada con precisión sobre un punto de la superficie del CD. 3. Esta luz incidente se refleja en la capa de aluminio. La cantidad de luz reflejada depende de la superficie sobre la que incide el haz. Como sobre la superficie de datos del disco se imprimen una serie de hoyos, el haz de luz al llegar a una transición entre hoyo y meseta, se divide en dos haces desfasados 180 grados entre si con lo que se anulan y hacen que la luz no llegue al sensor. 4. La luz reflejada se encamina mediante una serie de lentes y espejos a un fotodetector que recoge la cantidad de luz reflejada. 5. La energía luminosa del fotodetector se convierte en energía eléctrica y mediante un simple umbral nuestro detector decidirá si el punto señalado por el puntero se corresponde con un cero o un uno. La presencia de un cabezal de lectura óptico y no magnético evita muchos problemas al no existir un contacto directo entre este y la superficie del disco pero aun así hay ciertos cuidados que se deben tener en cuenta como la limpieza de la superficie o el polvo acumulado en la superficie de las lentes que pueden acabar afectando a una lectura errónea por parte del lector. El CD-ROM va provisto de un motor que hace girar el disco, con dos posibilidades: •

CAV (“constant angular velocity”): El disco rota a una velocidad constante independientemente del área del disco a la que accede.

•

CLV (“constant linear velocity”): Heredado de los CD de audio estándar, el CD-ROM ajusta la velocidad del motor de manera que su velocidad lineal sea siempre constante. Así, cuando el cabezal de lectura está cerca del borde el motor gira más despacio que cuando está cerca del centro. Esto dificulta la construcción del lector pero asegura que la tasa de entrada de datos al PC sea constante. La velocidad de rotación 16

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en este caso es controlada por un microcontrolador que actúa según la posición del cabezal de lectura para permitir un acceso aleatorio a los datos. Los primeros CD-ROM operaban a la misma velocidad que los CD de audio estándar: de 210 a 539 RPM dependiendo de la posición del cabezal, con lo que se obtenía una razón de transferencia de 150 KB/s velocidad con la que se garantizaba lo que se conoce como calidad CD de audio. La velocidad básica X1 implica la lectura de 75 sectores por segundo (1 sector= 2.352 bytes). No obstante, en aplicaciones de almacenamiento de datos interesa la mayor velocidad posible de transferencia para lo que es suficiente aumentar la velocidad de rotación del disco. Así aparecen los CD-ROM 2X, 4X,.... 40X, ?X que simplemente duplican, cuadriplican, etc. la velocidad de transferencia. Parámetros de interés: - Latencia: Una vez que el cabezal de lectura está en el sitio correcto para realizar una lectura, al estar girando el disco, debe esperar a que pase por el punto adecuado para comenzar a leer. La cantidad de tiempo que lleva, en media, hasta que la información pasa por donde espera el cabezal de lectura desde que este está en el lugar adecuado es lo que se conoce como latencia. - Tiempo de búsqueda: El tiempo de búsqueda se refiere al tiempo que lleva mover el cabezal de lectura hasta la posición del disco en la que están los datos. - Tiempo de cambio de velocidad: En los CD-ROM de velocidad lineal constante, la velocidad de giro del motor dependerá de la posición que el cabezal de lectura ocupe en el disco, más rápido cuanto más cerca del centro. - Tiempo de acceso: El tiempo de acceso se toma como la cantidad de tiempo que le lleva al dispositivo desde que comienza el proceso de lectura hasta que los datos comienzan a ser leídos. Este parámetro viene dado por: la latencia, el tiempo de búsqueda y el tiempo de cambio de velocidad (en los dispositivos CLV). Este parámetro, depende directamente de la velocidad de la unidad de CD-ROM ya que los componentes de este también dependen de ella. La razón por la que el tiempo de acceso es tan superior en los CD-ROM respecto a los discos duros es la construcción de estos. La disposición de cilindros de los discos duros reduce considerablemente los tiempos de búsqueda. Por su parte los CD-ROM no fueron inicialmente ideados para el acceso aleatorio sino para acceso secuencial de los CD de audio. Los datos se disponen en espiral en la superficie del disco y el tiempo de búsqueda es por lo tanto mucho mayor. - Caché: La mayoría de los CD-ROM suelen incluir una pequeña caché cuya misión es reducir el número de accesos físicos al disco. Cuando se accede a un dato en el disco éste se graba en la caché de manera que si volvemos a acceder a él, éste se tomará directamente de esta memoria evitando el lento acceso al disco. CD-R.(WORM) Este sistema (Write Once, Read Mostly) es un sistema CD-ROM que incluye el sistema de escritura maestro dentro de la unidad de disco en sí. No obstante, 17

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la diferencia estriba en el proceso de grabación: las unidades WORM normalmente utilizan el calor que produce el láser para oscurecer la superficie del disco o evaporar parte de ella. CDRW En contraste con estas dos tecnologías de grabación irreversible, existen los llamados sistemas regrabables, que permiten lectura y escritura a voluntad. Gracias a la tecnología de cambio de fase es posible la regrabación de los CDs. Funcionan creando alteraciones entre estados cristalinos y amorfos en el soporte de grabación, con grados de reflexión diferentes. •

El láser calienta la capa intermedia y adquiere un estado amorfo con estructura irregular (pits) o se mantiene una estructura cristalina, estable y regular (lands)

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El borrado se hará mediante un láser con una temperatura inferior que devolverá la estructura irregular de nuevo a una cristalina

•

La lectura se realiza cuando el láser incide en la capa intermedia y se producen cambios en el reflejo al pasar de la capa cristalina a la amorfa

DVD (Digital Versatile Disk). Ante la necesidad de más capacidad, se ha creado un nuevo formato de mayor capacidad. Este sistema permite el almacenamiento de 4.7 GB a 17 GB de datos, La especificación DVD soporta discos de gran capacidad con tasas de acceso de 600KBps a 1.3 MBps. Además las unidades DVD permiten leer los CD-ROM estándar, CD-I y vídeo CD. Un disco DVD consta de dos discos de 0'6mm pegados, que se unen en un proceso de unión en caliente para los de una capa y con un proceso de unión para los de dos capas. En los de doble capa, se añade una capa semireflectante para que se puedan leer ambas capas desde una misma cara del disco. El secreto para la alta capacidad es que el tamaño mínimo de una marca en un DVD de una cara es de 0'44 micras, frente a las 0'83 micras del CD; además, la distancia entre marcas es de 0'74 micras, frente a las 1'6 micras para el CD. Todo ello da lugar a la posibilidad de hacer hasta 4 veces más marcas que en un CD. El tamaño más pequeño de cada marca, implica también un láser de menor longitud de onda, que en el DVD es rojo y de 635 a 650 nanómetros, frente a los 780 nanómetros del láser del CD. Existen 4 versiones del DVD atendiendo a su capacidad: •

DVD-5: de una sola cara, con una sola capa y una capacidad de 4'7GB.

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DVD-9: de una sola cara, con doble capa y una capacidad de 8'5GB.

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DVD-10: de doble cara, con una sola capa y una capacidad de 9'4GB.

•

DVD-18: de doble cara, con doble capa y una capacidad de 17GB.

Formatos y características: DVD-ROM Método de almacenamiento de sólo lectura de alta capacidad. Tanto externamente como internamente las unidades CD-ROM y DVD-ROM son bastante similares. Sin embargo, existe una diferencia importante en el láser: el láser tiene dos lentes sobre un eje que se intercambian, una para leer DVDs y la otra para leer CDs. En cuanto a la velocidad, tenemos que tener en cuenta que un DVD 1x transfiere datos a 1.250KB/s, equivalente a una unidad de CD-ROM 8x, y DVD 2x, con una transferencia de 2.700KB/s, equivalentes a un CD 18x y DVD 5x, con una transferencia de 3'5MB/s. DVD-R Permite una sola grabación y múltiples lecturas; es similar al CD-R. El DVD-R o DVD grabable apareció poco después del DVD-ROM e inicialmente alcanzó una capacidad de 3'95Gb por cada cara. La unidad grabadora DVD crea discos compatibles con casi todas las unidades DVD utilizando discos similares a los CD-R. DVD-RAM Variante grabable y regrabable del DVD; similar al CD-RW. Los primeros discos DVD-RAM venían dentro de cartuchos, imprescindibles para realizar la grabación, hoy son iguales a los demás formatos. 2.1.5.7.

MAGNETO-ÓPTICOS

Se trata de dispositivos que aúnan lo mejor de ambas tecnologías para ofrecer un producto con un bajo coste por MB almacenado, bastante rápido, con un soporte absolutamente transportable y sobre

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todo perdurable: almacenan sus datos prácticamente para siempre, sin afectarles lo más mínimo los campos magnéticos (ni el polvo, calor, humedad, etc, hasta un límite razonable), a la vez que le permite rescribir sus datos tantas veces como quiera. Son capaces de almacenar hasta 1,3 GB en discos muy similares a los disquetes de 3,5" que tienen una cubierta de plástico para protegerlos de los golpes y el polvo. Los sistemas Magneto Optical incorporan un soporte magnético de grabación, y mediante la cooperación de un láser y un campo magnético se consigue realizar la lectura/escritura: el láser calienta el punto de memoria a unos 150o C (temperatura crítica conocida como el punto Curie), con lo que puede modificarse su estado de polarización magnética mediante el campo correspondiente. La lectura en los sistemas estos sistemas (MO) se realiza reduciendo la potencia del láser, lo que evita el calentamiento del soporte. La posibilidad de lectura de un soporte magnético mediante un elemento óptico se explica teniendo en cuenta que el haz láser está polarizado, y el estado magnético de las partículas del soporte hace que la polarización del haz varíe, detectándose este cambio por el fotodetector. La diferencia fundamental que separa a esta tecnología de las dos anteriores es que éstas se basan en un cambio físico producido en el soporte que modifica la reflexión. En contraste, esta tecnología produce un cambio de una propiedad magnética, no de estado físico en sí, lo que la hace superior a las dos anteriores puesto que los cambios físicos reales reducen sensiblemente la vida del soporte. Estas unidades presentan una serie de inconvenientes, debido a los altos campos magnéticos que requieren, lo que hace que las cabezas de lectura-grabación sean voluminosas y pesadas, con lo que se hace más lento su movimiento. Además, antes de efectuar una escritura es necesario efectuar el borrado de la información existente, pues es requisito del proceso de escritura que la alineación magnética de las partículas del soporte sea la misma al comenzar dicho proceso. DynaMO El DynaMO de Fujitsu es una unidad magneto-óptica que ha ido apareciendo en el mercado en diversas versiones según su capacidad, que inicialmente era de 128Mb, aumentó a 230MB y en su última versión ha alcanzado los 640MB. Existen versiones IDE interna, SCSI externa y puerto paralelo, y sus prestaciones son bastante buenas. Apoyada por una caché interna de 128KB, estas unidades alcanzan una velocidad de búsqueda de 65ms y una tasa de transferencia de 1'6MB/s, aunque la versión puerto paralelo es considerablemente más lenta. En su versión de 640MB, esta unidad alcanza los 35ms de tiempo de búsqueda y una tasa de transferencia de 2,4MB/s, debido a su velocidad de rotación de 3.600rpm y su caché interna aumentada a 2MB.

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