Dispositivos de Almacenamiento
Discos Duros
Actualmente, casi todos los ordenadores incluyen dos dispositivos de almacenamiento masivo: una unidad de disco duro y una unidad regrabadora de DVD. La unidad de disquete o disquetera tiende a desaparecer. También, cada vez más ordenadores incluyen lectores multitarjetas que nos permiten conectar al ordenador dispositivos de almacenamiento portátil de alta capacidad como son las tarjetas COMPACTFLASH, SMARTMEDIA, SECURE DIGITAL, etc.
Los discos duros (HDD, hard disk drive) constituyen el medio de almacenamiento de información más importante del ordenador.
Permiten almacenar y recuperar gran cantidad de información.
Forman parte de la memoria secundaria del ordenador, llamada así en oposición a la memoria principal o RAM. La memoria secundaria ofrece gran capacidad de almacenamiento, no es volátil (su contenido no se borra al apagar el ordenador) y el acceso es más lento que el acceso a la memoria principal.
Estructura Física
Un disco duro es una caja herméticamente cerrada en cuyo interior se encuentran los platos donde se guarda la información y las cabezas.
La caja hermética se complementa con un conjunto de componentes electrónicos y mecánicos capaces de sincronizar los dos motores y las acciones de las cabezas de lectura/escritura.
Funcionamiento
El disco, en realidad, es una pila de platos que almacenan la información magnéticamente. Estos platos tienen dos caras o superficies magnéticas, la superior y la inferior, formadas por millones de pequeños elementos capaces de ser magnetizados positiva o negativamente. De esta forma, se representan los dos posibles valores de un bit de información (un 0 o un 1).
Los diferentes platos que forman el disco giran a una velocidad constante y no cesan mientras el ordenador está encendido. Cada cara del plato tiene asignado una de las cabezas de lectura/escritura. Para poder acceder a la información del disco, el conjunto de cabezas se desplaza desde el exterior hasta el interior mediante un brazo mecánico que lo transporta.
Las acciones que ejecuta un disco duro en una operación de lectura son:
- Desplazar los cabezales de lectura/escritura hasta el lugar donde empiezan los datos.
- Esperar a que el primer dato llegue a donde están los cabezales.
- Leer el dato con el cabezal.
La operación de escritura es similar.
Cabezas, Cilindros, Sectores
Para organizar los datos en un disco se utilizan 3 parámetros, que definen la estructura física del disco: cabeza, cilindro y sector.
Las cabezas (heads) son los elementos que cumplen con la función de lectura/escritura; hay una por cada superficie de datos, es decir, dos por cada plato del disco. Cada una de las caras del disco se divide en anillos concéntricos denominados pistas (tracks) que es donde se graban los datos.
El cilindro (cylinder) está formado por todas las pistas accesibles en una posición de los cabezales. Se utiliza este término para referirse a la misma pista de todos los discos de la pila. Cada pista se encuentra dividida en tramas o arcos iguales que permiten la grabación de bloques de bytes (512 bytes). Cada una de estas tramas se llama sector. Los sectores son las unidades mínimas de información que pueden leerse o escribirse en el disco duro.
Clúster: se compone de varios sectores. La unión de varios clústeres forman una pista.
Geometría de los Discos Duros
Hace referencia al mínimo físico red de cabezas, cilindros, pistas y sectores. La capacidad del disco se puede calcular si se conocen estos valores.
Por ejemplo: vamos a calcular la capacidad de un disco, sabiendo que cada sector almacena 512 bytes, cilindros = 6253, cabezas = 16, sectores/pista = 63.
La capacidad será igual a: 6253 x 16 x 63 x 512 = 322.714.288 bytes = 3 Gigabytes
Existen limitaciones a la geometría cilindro, cabeza, sector (CHS, cylinder, head, sector).
Las más importantes son:
- La especificación ATA establece el número máximo de cilindros, cabezas y sectores/pista de la manera siguiente: Cilindros: 65536, cabezas: 16, sectores/pista: 256. Según esto, un disco duro puede direccionar, como mucho: 65536 x 16 x 256 x 512 = 137.438.953.472 bytes que son aproximadamente 128 GB. Actualmente se venden discos duros de 500 GB.
- La BIOS de un PC establece el número máximo de cilindros, cabezas, sectores/pista de la manera siguiente: Cilindros: 1024, cabezas: 256, sectores/pista: 63. Según esto, un disco duro puede direccionar como mucho: 1024 x 256 x 512 = 8.455.716.864 que son aproximadamente 7,875 GB.
- La combinación de las anteriores limitaciones da lugar a una nueva limitación; como los discos duros no pueden tener más de 16 cabezas, la BIOS se restringe aún más, dando lugar a los números siguientes: Cilindros: 1024, cabezas: 16, sectores/pista: 63. Según esto, un disco puede direccionar como mucho: 1024 x 16 x 63 x 512 = 528.482.304 bytes que son aproximadamente 504 MB.
Para solucionar este problema se introdujo en la BIOS un sistema de traducción de geometrías, de tal forma que el disco mantenga el número de sectores y se ofrezca al sistema operativo un número superior (ficticio) de cabezas (hasta 256) y un número proporcional de cilindros (hasta 1024). La BIOS realizará internamente la traducción de ese número de sector virtual al número de sector real.
El sistema de traducción LBA (Logic Block Addressing, o dirección de bloque lógico) es un método de direccionamiento del disco que permite trabajar con discos duros de capacidad superior a 528 MB. Es el método utilizado por los discos duros actuales.
Normalmente, el modo de traducción está configurado en la BIOS como “Auto” que al detectar el disco duro pasa al modo LBA.
El modo LBA identifica los sectores mediante números consecutivos, en lugar de identificarlos por el cilindro, la cabeza y el sector.
Normal
Método de direccionamiento estándar utilizado en los discos duros. Es la opción recomendada para discos duros menores de 520 MB.
Large
Método de direccionamiento del disco por el que se generan parámetros (cilindros, cabezas, sectores) ficticios para evitar la limitación del tamaño de la unidad a 528 MB. Era un poco tosco y tuvo corta vida.
Smart
(Self Monitoring Analysis Reporting Technology) Tecnología de autocomprobación, análisis e informes. Es una tecnología que poseen muchos discos con el fin de avisar de los posibles errores que puedan suceder en el mismo.
Estructura Lógica
La estructura lógica de un disco duro está formada por:
- El sector de arranque (Master Boot Record): Es el primer sector de todo el disco: cabeza 0, cilindro 0 y sector 1. En él se almacena la tabla de particiones (una partición es una división lógica del disco duro, de forma que puede utilizarse como si se tratase de otro disco duro) que contiene información acerca del inicio y del fin de cada partición y un pequeño programa llamado Master Boot que es el encargado de leer la tabla de particiones y ceder el control al sector de arranque de la partición activa. La partición activa es desde la que arranca el PC.
- El espacio particionado es el espacio de disco duro que ha sido asignado a alguna partición. Las particiones se definen por cilindros. Comienzan en la primera pista de un cilindro y terminan en la última de otro. Cada partición tiene nombre. En los sistemas de Microsoft cada partición lleva asociada una letra: C, D, E, etc.
- El espacio sin particiones es el espacio que no se ha asignado a ninguna partición.
Características de un Disco
La capacidad y el rendimiento de los discos se determina en función de varios factores, que son la capacidad de almacenamiento, el modo de transferencia, el tiempo de acceso, el tiempo de búsqueda, la velocidad de rotación, la latencia y la caché del disco.
Modo de Transferencia
Hace referencia a cómo se transfieren los datos desde la unidad de disco hacia la memoria RAM. Hay varias técnicas.
- PIO: Entrada/salida programada, utiliza el microprocesador del sistema como intermediario para el intercambio de datos. Constituye el método de transferencia más antiguo. Algunos modos de transferencia PIO son: PIO Modo 1: 5,2 MB/s, PIO Modo 2: 8,3 MB/s, PIO Modo 3: 11,1 MB/s, PIO Modo 4: 16,6 MB/s.
- Módulos de memoria: DIMM, DDR.