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Dispositivos de
almacenamiento
Departamento de Arquitectura de
Computadores
Índice
Memorias magnéticas
Memoria óptica
Fundamentos del registro magnético
Codificación de la información: códigos de grabación
Organización y formatos de datos
Características físicas
Parámetros de prestaciones
CD-ROM
WORM
Discos magnéticos-ópticos
Cintas magnéticas
RAID
Nivel 0
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
Nivel 4
Nivel 5
Nivel 6
Fundamentos del registro magnético
Un material ferromagnético puede verse
como
un
cúmulo
de
partículas
magnéticas
desordenadas
(con
orientaciones espaciales aleatorias).
Cuando un fragmento de dicho material
se somete a la acción de un campo
magnético, sus partículas se orientan en
la dirección de dicho campo, tanto más
cuanto más fuerte sea el campo.
De esta forma, el comportamiento del
material ferromagnético respecto de la
presencia de un campo magnético puede
expresarse mediante el denominado
ciclo de histéresis
Cuando desaparece el B el material
conserva un residuo de inducción
magnética: magnetismo remanente 0A.
La intensidad de B necesaria para que
desaparezca 0A se denomina fuerza
coercitiva 0C.
Memorias magnéticas
Los discos magnéticos siguen siendo el componente más importante de la memoria
auxiliar o secundaria: gran capacidad de almacenamiento pero de acceso lento en
comparación con la principal.
Un disco magnético es un plato circular cubierto con un material magnetizable
(óxidos ferromagnéticos metales).
Los datos se graban en él y después se recuperan del disco a través de una bobina,
llamada cabeza transductora de lectura escritura para grabación magnética.
El mecanismo de escritura se basa en el campo magnético producido por el flujo
eléctrico que atraviesa la bobina.
El mecanismo de lectura se basa en la corriente eléctrica que atraviesa la bobina,
producida por un campo magnético que se mueve respecto a la bobina.
Grabación magnética
Grabación magnética
Grabación magnética
Grabación de soporte magnético
Existen dos formas de grabar un
soporte magnético:
Por impulsos de corriente: se parte de
un medio desmagnetizado, M=0, en el
que se pueden grabar dominios de
magnetización inversa +Mr y –Mr,
mediante impulsos de corriente en
sentidos contrarios.
Por conmutación de corriente: siempre
se está aplicando una corriente a la
cabeza que se conmuta entre los
valores +I y –I, lo que da lugar a ir
grabando dominios de magnetización
positiva y +Mr y negativa –Mr.
Grabación de soporte magnético
Ejemplo (longitudinal):
Lectura del medio magnético
Lectura del medio magnético
La lectura del medio magnético produce un impulso de corriente por cada cambio de polaridad en su
magnetización (variación del flujo magnético).
Al pasar los datos grabados junto al núcleo de ferrita, inducirán corrientes eléctricas en las bobinas arrolladas
sobre él.
Hay que señalar que utilizando el método descrito solamente es posible detectar variaciones en la orientación de
las partículas magnéticas del medio, y no la orientación absoluta de éstas. Este hecho hará necesario codificar
la información de forma que no existan largos tramos de medio grabado sin cambios de orientación de las
partículas magnéticas.
Métodos de codificación
El problema principal de la grabación de información como zonas de
orientación magnética opuesta (sólo se usan dos orientaciones) radica en
la imposibilidad de detectar separaciones entre zonas con la misma
orientación.
Se presentan dos posibilidades para solventar este problema:
Poseer una señal de sincronismo (reloj) independiente de la información grabada:
códigos sin auto-reloj:
si la señal a grabar solamente contiene la información codificada y no una señal de
sincronismo adicional, será posible colocar mayor cantidad de información en la misma
superficie. Concretamente el doble.
Señal de sincronismo externa
Incorporar dicha señal a la propia información a grabar: códigos con auto-reloj
Códigos sin auto-reloj
Retorno a Cero (RZ - Return to Zero): Consiste en dejar zonas sin
magnetizar que servirán para separar entre sí los fragmentos
magnetizados, denominados celdas de bit, correspondientes a los datos
grabados.
No retorno a Cero (NRZ – No Return to Zero): En este método no se
dejan zonas sin magnetizar entre las celdas de bit, con lo que, por una
parte, se aprovecha mejor el espacio en el medio magnético pero, por otro
lado, no se pueden distinguir valores iguales en celdas consecutivas.
Se detecta un “0” al obtener un impulso – seguido de uno +
Se detecta un “1” al obtener un impulso + seguido de uno Este método resulta altamente ineficiente, ya que desperdicia gran cantidad de espacio en el
medio magnético.
Presenta señal para cambios de 0-1 y de 1-0
No Retorno a Cero Invertido (NRZI - No Return to Zero Inverted): Para
paliar el problema de los datos iguales consecutivos, si el dato que contiene
la celda actual es un uno, se invierte la orientación de la celda de bit
precedente y si es un cero, se mantiene la misma orientación. De esta
forma, solamente existirá ausencia de pulso de lectura cuando haya dos o
más ceros consecutivos.
Códigos sin auto-reloj
Códigos con auto-reloj
Código FM (Frecuency Modulation)
Celda de bit: Intervalo de tiempo asociado a cada bit en la señal de datos.
Se sitúa un pulso de reloj al principio de cada celda de bit. En el centro de la
celda se añade un pulso de datos si el dato a grabar es un “1”, y si es un “0” no
se añade nada.
Con cada pulso se invierte el sentido de la corriente de grabación del cabezal.
Códigos con auto-reloj
Se añade un pulso de datos en el centro de la celda de bit si el dato a
grabar es un “1”.
Se añade un pulso de reloj al principio de la celda de bit si el dato a grabar
es un “0” y en la celda anterior no se grabó un pulso de datos
Organización de la información
En todos los tipos de discos la información se graba en circunferencias
concéntricas denominadas pistas.
Un disco puede tener varios platos con superficies magnéticas en cada
cara del plato. En cada cara se puede utilizar una CABEZA de
lectura/escritura.
Todas las pistas de los distintos platos con el mismo radio forman un
CILINDRO.
En cada pista los datos se graban en bloques de tamaño fijo denominados
SECTORES.
Organización de la información
La disposición de los sectores en la pista afecta a la cantidad de datos que
pueden almacenarse en el disco, así como en la forma de acceder a ellos.
Se tienen TRES posibles geometrías:
(A) C.A.V (Constant Angular Velocity): Velocidad de giro constante. Todas
las pistas disponen del mismo número de bits. Número fijo de sectores por
pista.
(B) C.L.V (Constant Linear Velocity): Tamaño de bit fijo en todas pistas.
Número variable de sectores por pista.
(C) Z.C.A.V (Zone Constant Angular Velocity) o Z.B.R (Zone BitRecording): Diferentes zonas o anillos de pistas con igual número de
sectores en cada zona.
Formato de pista
Formato de pista:
Conjunto de informaciones de control que se graba en la pista para identificar su
inicio y final así como para identificar y separar los sectores.
Formatear una pista (formato de bajo nivel):
Consiste en grabar por primera vez el patrón del formato con todas las
informaciones de inicio, identificación de sectores, campos de datos y huecos.
Una vez formateada la pista, su posterior uso sólo implica la modificación de los
campos de datos, el resto nunca se modifica.
Formateo de un disco
Formatear un disco consiste tres pasos:
Formato de bajo nivel (Low Level Format): consiste en formatear todas
sus pistas a bajo nivel. Los disco duros actuales vienen preformateados
de fábrica.
Partición del disco: Consiste en dividir el disco en varias zonas o
‘particiones’ que albergarán distintos sistemas de archivos. Cada
partición se denomina un ‘volumen’ y el S.O le asigna una letra de
unidad (C:, D:,..)
Formato de alto nivel (High Level Format): El Sistema Operativo crea en
cada volumen las estructuras necesarias para albergar un sistema de
archivos concreto.
Capacidad del disco
Capacidad: número de bits de información que se pueden almacenar (se descuentan
los identificadores de pista y sector, sincronismos, gaps, códigos de detección de
errores, etc.).
Capacidad total (Raw Capacity)
Es el número total de bytes que se pueden grabar en la superficie del disco.
Capacidad Formateado (Formatted Capacity)
Es el número total de bytes que el usuario puede grabar en el disco.
Discos con geometría estándar (CAV):
CF = NCI (cil) • NCA (cabezas) • NSP (sect. pista) • TS (bytes/sect)
Las diferentes necesidades de almacenamiento han dado lugar a dos tipos
diferentes de unidades de disco magnético, atendiendo a su capacidad:
las unidades de disco fijo, rígido o duro (fixed disk, hard disk).
las de disco removible o flexible (floppy disk).
Las primeras cuentan con gran capacidad de almacenamiento, pequeños tiempos de acceso
y gran velocidad de transferencia. Las segundas con la posibilidad de cambiar el soporte de
forma fácil y rápida.
Capacidad de disco
Ejemplos:
Formato de pista de discos flexibles
Ejemplo de formatos de discos
flexibles
Formato de pista de discos duros
Ejemplo de formato de pista de discos
duros
Interpolación de sectores (interleave)
Normalmente los sectores se numeran consecutivamente y se disponen en
la pista de forma ordenada. En algunos casos es conveniente interpolarlos.
Factor de interpolación: Es el número de sectores (mas uno) que hay
entre cada dos sectores de numeración consecutiva.
Para optimizar los accesos a sectores consecutivos,
imaginemos que los sectores en vez de situarse 1, 2, 3,
4, 5..... así hasta los 32 de una posible pista, se
numeraban: 1,16,2,17,3,18,4,19.... (es decir, se
"intercalaba" media pista en la otra media. De esta
manera después de leer el sector numero "1", mientras
pasa por el 16, le da tiempo a la electrónica a
decodificar. Cuando termina de pasar el 16 ya puede leer
el 2 sin necesidad de esperar un revolución completa.
Para proteger los datos de fallos multi-bit reduciendo la
complejidad y el coste de las técnicas de detección y
corrección de errores.
Parámetros característicos
Existen una serie de propiedades de los transportes de disco que
determinan su efectividad y su nivel de prestaciones:
Tiempo de posicionamiento: Cuando se desea acceder a una información, es necesario
posicionar el cabezal de lectura/escritura sobre la pista en que se encuentra dicha
información. Para ello, dependiendo del sistema empleado se procederá a la realización de
una serie de acciones que culminarán en el instante en que se haya localizado la pista en
cuestión. El tiempo transcurrido desde el inicio del movimiento del cabezal hasta este
instante es el tiempo de posicionamiento. Este tiempo también suele denominarse tiempo de
búsqueda. Si se trata del paso de una pista a la contigua se denomina tiempo de búsqueda
mínimo
Tiempo de latencia: Una vez posicionado el cabezal, es necesario esperar a que el sector
que contiene la información deseada o sobre el cual se desea escribir pase bajo él. Este
tiempo es inversamente proporcional a la velocidad de giro del soporte.
Tiempo medio de acceso: Suma de los anteriores. Es el tiempo medio necesario para
localizar la información buscada.
Velocidad de transferencia: Una vez localizada la información, hay que proceder a la
transferencia. La velocidad con que una unidad de disco es capaz de proporcionar o absorber
información depende de su velocidad de rotación, del formato de grabación utilizado, del
número de sectores por pista, del número de bytes por sector, del interleave actual, etc.
Discos ópticos
Las memorias en disco óptico almacenan información usando agujeros
minúsculos grabados con un láser en la superficie de un disco circular. La
información se lee iluminando la superficie con un diodo láser y observando
la reflexión. Predominan dos tecnologías:
Variedades:
Refractiva: el haz láser pasa a través del disco, siendo modificado el ángulo de
salida del mismo según el valor de cada bit (0 o 1).
Reflexiva: el haz láser es reflejado por la superficie del disco, siendo el ángulo de
reflexión del haz diferente según el valor de cada bit.
CD, CD-ROM, DVD: Memorias de solo lectura.
WORM: CD-R, DVD-R, DVD+R: Memorias de escritura única.
Magneto-ópticos: CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM: Memoria de
escritura lenta y lectura rápida.
Formatos novedosos:
Blu-ray.
HD-DVD.