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.