4. PERIFÉRICOS DE ALMACENAMIENTO.

Vicente Arnau Llombart Pag. 1 19/10/2010
4. PERIFÉRICOS DE ALMACENAMIENTO.
4.1. INTRODUCCIÓN.
En el computador tenemos dos sistemas de almacenamiento de la información, uno
permanente y el otro volátil. Estos dos sistemas son denominados:
Unidades de almacenamiento secundarias o externas: formadas por discos, cintas,
disquetes, CD-ROMs. DVDs, ...
Unidad de almacenamiento principal o interna: memoria principal.
La Memoria Principal de un ordenador presenta dos importantes inconvenientes: la limitación
en cuanto al espacio de almacenamiento de información que proporciona, además de sus
características de volatilidad. Aunque el primer problema queda resuelto en parte gracias al desarrollo
y abaratamiento de costes que han tenido las memorias de semiconductores en los últimos tiempos,
está claro que necesitaremos dispositivos auxiliares no volátiles de almacenamiento permanente de la
información.
4.2. UNIDADES DE 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 (es la interfaz con el ordenador). Ver Figura 4.1.
Figura 4.1. Unidad de cinta magnética con varias cintas.
4.1 Introducción.
4.3 Discos Magnéticos.
4.3.1 Disco Duro.
4.6 RAIDs.
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.
Para la realización de la grabación sobre la cinta es necesario un cabezal de grabación. En la
figura 4.2 vemos el proceso. 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. En la figura de la 4.2 izquierda vemos un esquema de un cabezal. Los parámetros más
importantes en los que nos fijaremos son dos. Por un lado la longitud del entrehierro, la cual nos limita
la máxima frecuencia a grabar. Y por otro lado 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), y además la cantidad de
información o pistas que podemos grabar en un ancho de cinta determinado (cantidad de
información). Cuanto mayor sea su anchura, la cantidad de información a grabar se reduce, es por ello
que se debe llegar a un compromiso entre la calidad y la cantidad.
Figura 4.2. Cabezal de lectura y escritura de una cinta magnética.
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.
No toda la longitud de la cinta puede emplearse para almacenar datos, ya que además
necesitaremos disponer de información de dirección para poder acceder a la zona de datos deseada.
Además, el mecanismo de posicionado de la cinta necesita pasar una cierta longitud de cinta mientras se
produce una parada o se alcanza la velocidad de régimen de la cinta, por lo que se necesita dejar unos
claros sin información entre los registros que se quieren leer de forma independiente, esto es, parando la
Ampliación de Estructura de Computadores. Curso 2010-11
cinta entre ellos. Estos claros se denominan Inter Record Gaps (IRG), y tienen una longitud de 1.5 cm.
Para optimizar la ocupación de la cinta, los registros pueden agruparse formando bloques. Un grupo de
bloques forma, a su vez, un fichero. Cada fichero tiene un registro cabecera con su nombre y
características, que permite su identificación. Por su lado, cada registro tiene una cabecera, que consta de
un identificador y una zona de sincronismo, y una cola, con un código de detección de error y una zona
de fin de registro (ver figura 4.3). La cinta sólo se puede leer y grabar en un sentido, mientras que sí se
puede retroceder o avanzar un número determinado de registros, mediante la detección de las marcas de
fin de registro.
Figura 4.3. Formato de una cinta magnética
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,
una velocidad casi ridícula); 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 deberá 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 pierden terreno frente a los discos magnéticos. Prácticamente sólo
se emplean para efectuar copias de seguridad (back-up).
Uno de los motivos que hace tan lentas a las cintas de datos es el tipo de interfaz que se utiliza.
Generalmente se usa el conector para disquetera, el cual es muy lento, los comentados 250 Kb/s
máximo (que rara vez se alcanzan); lo que es más, debe poder configurarse la BIOS como si
hubiéramos conectado una disquetera de 2,88 MB, lo que no es posible si la BIOS es antigua, como la
de algunos 486 y las anteriores. En el caso de que la BIOS admita como máximo disqueteras de 1,44
MB, la velocidad se reducirá a la mitad.
En otras cintas se utiliza el puerto paralelo (con mayor ancho de banda, pero apenas aprovechado)
y en cintas de datos más caras y rápidas se utilizan interfaces EIDE o SCSI, lo que aumenta el
rendimiento pero nunca de forma espectacular, ya que el elemento más limitante es la propia
maquinaria mecánica de la unidad. Además, el modo de acceso secuencial hace totalmente imposible
usarlas de forma eficaz "a lo disco duro", salvo que entendamos por esto esperar y esperar cada vez
que queremos un fichero...
Tipos de cintas magnéticas.
Los tipos principales de unidades de cinta son las QIC, Travan y DAT. Las Travan son una
subclase que deriva de las QIC, con las que suelen guardar un cierto grado de compatibilidad; ambas
forman el segmento económico del almacenaje en cinta.
Figura 4.4. Típica cinta magnética DAT, prácticamente a tamaño real..
Las cintas DAT (“Digital Audio Tape”) son otra historia, desde luego, tanto en velocidad como en
precio (en la figura 4.4 aparece un cinta DAT convencional). 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 utilicen interfaz SCSI. Sin embargo, el precio resulta prohibitivo para un uso
no profesional, aunque las cintas son baratas.
Marcas y modelos existen infinidad, ya que es un mercado muy maduro y basado en su mayoría en
estándares, lo que redunda en unos precios más bajos y una mayor facilidad para encontrar las cintas
apropiadas. Ejemplos destacados son los modelos Ditto de Iomega, los Colorado de Hewlett Packard,
los TapeStor de Seagate y los modelos DAT de Sony o Hewlett Packard.
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), por lo que le recomiendo
que piense más bien en una compresión 1,5:1. Resumiendo, que si la unidad se anuncia como de 2
GB, seguro que es de 1 GB (lo que vendrá en alguna parte pero en letras más pequeñas) y casi seguro
que podrá almacenar más o menos 1,5 GB de datos comprimidos.
4.3. DISCOS MAGNÉTICOS.
En 1956 aparece en el IBM 350 el primer disco duro con brazo móvil y cabeza flotante. Constaba
de 50 discos de 24 pulgadas de diámetro y tenía una capacidad total de 5 Mbyte y un tiempo de acceso
de 0,5 seg. El disco magnético permite almacenar información de forma no volátil, tiene una alta
capacidad de almacenamiento y posee acceso directo a la información, en contraposición a la cinta
magnética. Una unidad de disco magnético como periférico de entrada / salida que es, posee un soporte
de almacenamiento y el controlador de disco, como el resta de periféricos. Las tareas que realizan
ambos elementos serán análogas a las realizadas por sus homólogos.
Nuevamente nos encontramos ante un soporte magnético, de lectura no destructiva, consistente en
uno o varios discos recubiertos de una fina película magnética, que giran solidariamente a alta velocidad
(minino 3.000 r.p.m). El sistema puede tener una o varias cabezas de lectura-escritura suspendidas sobre
cada una de las superficies de los discos. Estas cabezas están sobre un brazo robotizado de alta precisión
que permitirá acceder a toda la superficie de los discos (ver figura 4.5).
Figura 4.5. Disco duro y brazo robotizado de lectura con el cabezal en el extremo.
Para entender el funcionamiento de estos sistemas tendremos que referirnos a la organización del
disco, que se divide en pistas, sectores y cilindros. Una pista es la porción del soporte de
almacenamiento que gira delante de una cabeza. En los sistemas de cabeza fija, cada una de éstas define
una pista. En los de cabeza móvil, puesto que el brazo puede desplazar la cabeza radialmente mediante
mecanismos hardware, cada posición de la cabeza definirá una pista distinta. En un sistema de cabezas
fijas el cambio de una pista a otra se efectúa rápidamente, pero el gran número de cabezas que se precisan
hacen caro el dispositivo, mientras que en un sistema de cabeza móvil precisa sólo de una cabeza, lo que
reduce el precio. Los caracteres dentro de una pista se almacenan en serie, de forma opuesta al método
utilizado en las cintas magnéticas.
A su vez, las pistas se dividen en sectores. Cada sector constituye la unidad de información que
se transfiere en un acceso (de escritura o lectura). La forma de acceso a un determinado sector se realiza
gracias a información de direccionamiento contenida en la propia pista.
Finalmente, en los sistemas de varias superficies y de brazo móvil, aquellas pistas a las que se
acceden en cada posición del brazo, constituyen un cilindro. La selección de una pista, dentro de un
cilindro, se efectúa por medios electrónicos.
Figura 4.6. Pistas y sectores en un disco duro.
En general las cabezas de lectura-escritura no están en contacto sobre el soporte, sino que planean
sobre él a una distancia de una diezmilésima de mm, gracias al aire que desplaza el disco en su giro. Esto
permite que las cabezas se adapten a las irregularidades de la superficie. Existen mecanismos que
impiden que las cabezas puedan golpear a ésta, por ejemplo, al disminuir la velocidad de giro por un fallo
en la alimentación eléctrica.
La densidad de grabación dependerá del tamaño de las cabezas, así como de la distancia que las
separa de la superficie magnetizada. Para una unidad de disco determinada, la densidad de grabación
angular o número de bits grabados por pista es fija, por lo que la densidad de grabación lineal o
número de bits grabados por unidad de longitud es mayor en las pistas interiores. Otra magnitud que nos
informa sobre la cantidad de información almacenada es la densidad de grabación superficial o número
de bits grabados por unidad de superficie. Se espera conseguir próximamente densidades de grabación
superficial de 100Mbits por pulgada cuadrada. Lógicamente cuanto menor sea la separación entre pistas
mayor será esta magnitud. Es normal disponer de más de 1.000 pistas por pulgada. No obstante, lo más
usual será especificar la capacidad total de almacenamiento de la que dispone la unidad de disco, que
viene expresada en Giga bytes (encontraremos capacidades por unidad desde 1,4 en los discos flexibles
hasta 400Gb o más en los discos rígidos).
Para poder reconocer la información del disco hay que añadir una información de
direccionamiento y, a veces, de sincronismo. El formato de grabación especificará esta información.
También se han de incluir, al igual que en las cintas magnéticas, unos claros o gaps entre sectores. Este
formato puede ser de tipo hardware o software. En el primer caso, existen unas marcas fijas, físicamente
situadas sobre el soporte, que indican el comienzo de cada sector. Esto hace que los sectores sean de
tamaño fijo. En el segundo caso, sólo existe una marca o índice que indica el principio de las pistas. Los
distintos sectores se identificarán por su cabecera.
Ya hemos dicho que el acceso en las unidades de disco es directo. El tiempo de acceso viene
dado por el tiempo de posicionado del brazo en la pista deseada (tiempo de búsqueda), más el
tiempo que tarda la información de la pista en pasar delante de la cabeza por efecto de la rotación del
disco (latencia). Estos tiempos dependen de la posición de partida y del lugar donde se aloje la
información buscada. Suelen especificarse los valores peores y medios de acceso.
4.3.1. DISCO DURO.
El disco duro es el dispositivo donde se almacenan todos los datos de manera permanente, además de
tener instalados el sistema operativo (DOS, WINDOWS, etc.) y los programas que se utilizan
habitualmente en el ordenador (procesador de textos, hoja de cálculo, base de datos, etc.).
Los discos duros están formados por varios discos rígidos de aluminio (aleación Al-Mg 5086 =
95.4% Al, 4% Mg y 0,15%Cr), recubiertos por una aleación de Ni-P (Níquel-Fósforo) que se pulirá y
limpiará, y sobre la cual se depositarán 3 subcapas más, la primera de cromo (Cr), seguida por una
capa magnética de aleación de cobalto (Co) y una cobertura de carbón hidrogenado que funcionará
como lubrificante y cobertura anticorrosión. Todo el montaje se realiza en condiciones de atmósfera
controlada. Están divididos en círculos concéntricos de anchura igual a la anchura del cabezal que va a
leer sobre ellos. En la figura 4.7 se puede ver un disco duro por dentro.
Figura 4.7. Esquema de un disco duro.
La tecnología es la encargada de reducir el tamaño de los cabezales de lectura para conseguir
así una mayor capacidad del disco, al aumentar el número de pistas concéntricas que se realizan sobre
la superficie del mismo. Además, si tenemos en cuenta que el disco duro son en realidad varios discos
que se leer en paralelo, y que la velocidad de rotación mayor permite leer y escribir más rápidamente,
comprenderemos por que los discos son cada vez más rápidos y poseen mayor capacidad.
La velocidad de transferencia de datos entre el disco duro y el ordenador depende básicamente
de la controladora, que normalmente está integrada en la placa madre y se comunica con el disco
duro mediante un bus. En la figura 4.8 se puede observar como una mano sujeta un disco duro unido a
la controladora de la placa base a través de un cable plano o bus. También existen controladoras que
van en una tarjeta que se une a la placa a través de una ranura de expansión. Si el ordenador es lento,
es inútil disponer de velocidades de transferencia rápidas, ya que el microprocesador no es capaz de
admitir datos a tanta velocidad.
Figura 4.8. Imagen de un disco duro conectado a la controladora a través de un bus.
El computador puede tener varios discos duros simultáneamente, pero deben estar
configurados adecuadamente para su correcto funcionamiento.
Tecnología del disco duro.
Como hemos comentado antes, el disco duro es de una aleación de aluminio y está recubierto de un
material magnético, normalmente por ambas caras. Los átomos de este material magnético están
orientados de forma aleatoria por lo que si no son orientados todos en una determinada dirección, sus
efectos se compensan y dan la sensación de no estar magnetizada la superficie del disco. Bajo la
influencia de un campo magnético externo fuerte, todos los campos internos se orientan en una misma
dirección y sentido, presentando el material un estado de magnetización. Una vez desaparece el campo
externo, el material magnético conserva su estado. En la figura 4.10 se puede observar como están
orientadas las partículas magnéticas sin la presencia de campo magnético externo, y como al aplicar
un campo, estas se orientan todas en una determinada dirección.
Figura 4.10. Soporte de grabación en presencia de campo magnético.
Para generar el campo magnético externo se utiliza un cabezal formado por un núcleo de
ferrita, al que se enrolla una bobina, por la que pasa una corriente de entre 10 y 20 mA. Según pase la
corriente en un sentido o en otro genera sobre el disco regiones polarizadas en sentido o en el opuesto.
En la figura 4.11 podemos observar como es este sistema y como se orientas las partículas magnéticas
de la superficie al paso del cabezal.
Figura 4.11. Sistema de lectura/escritura sobre la superficie del disco duro.
Para la lectura el proceso es casi el mismo, pero al revés. Por la bobina no circula ninguna
corriente, y al pasar sobre la superficie magnetizada, esta induce una pequeña corriente sobre la
bobina que será analizada y según su sentido habrá leído un “1” o un “0”.
Cuando la cabeza lectora detecta un número elevado de ceros o de unos consecutivos, para
saber cuántos hay debe de utilizar una señal de sincronización (reloj). Actualmente suele utilizarse una
señal de sincronización combinada con los propios datos. Se llama codificación Manchester y consiste
en detectar los pasos por cero de la señal como indicadores de “0” o “1”. En la figura siguiente 4.12 se
muestra este sistema. La codificación puede ser la mostrada en la figura o la inversa, es decir un “0”
puede ser un flanco de subida (como en la figura) o un flanco de bajada.
Figura 4.12. Sistema de codificación Manchester.
Puede observarse como la magnetización cambia para cada bit. De esta forma se detecta
cadenas de “0” o de “1” sin dificultad. Hoy en día se han desarrollado otras codificaciones más
compactas y eficiente.
Los discos y las unidades de lectura están en un compartimiento sellado con aire filtrado y
carente de impurezas (se le llama tecnología Winchester). Esto permite que las cabezas lectoras estén
muy cerca de la superficie del disco y los discos sean muy fiables.
Funcionamiento de un Disco Duro.
Cuando el usuario de un ordenador o el software indica al sistema operativo que debe leer o escribir a
un archivo, el sistema operativo solicita que el controlador del disco duro traslade los cabezales de
lectura/escritura a la tabla de asignación de archivos (FAT). El sistema operativo lee la FAT para
determinar en qué punto comienza un archivo en el disco, o qué partes del disco están disponibles para
guardar un nuevo archivo.
Es posible guardar un solo archivo en racimos diferentes sobre varios platos, comenzando con
el primer racimo disponible que se encuentra. Después de que el sistema operativo escribe un nuevo
archivo en el disco, se graba una lista de todos los racimos del archivo en la FAT.
Un ordenador funciona al ritmo marcado por su componente más lento, y por eso un disco
duro lento puede hacer que tu maquina sea vencida en prestaciones por otro equipo menos equipado
en cuanto a procesador y cantidad de memoria, pues de la velocidad del disco duro depende el tiempo
necesario para cargar tus programas y para recuperar y almacenar tus datos.
Tecnología de conexión de discos duros.
Las dos tecnologías de interfaces que coexisten actualmente en la fabricación de discos duros
son SCSI y EIDE. Los primeros se emplean fundamentalmente en equipos de gama alta, mientras que
los EIDE son los mas extendidos.
Interfaz ATA y discos IDE
AT Attachment (ATA) es la norma para la interconexión de discos o CD-ROMs, creada por varios
fabricantes de software y hardware en los ochenta. "AT" proviene de la arquitectura IBM PC/AT.
Normalmente llamamos IDE o ATA al interfaz, pero no son lo mismo. IDE es la especificación del
disco duro en sí, y ATA es la especificación de la interfaz entre el disco duro y el bus del sistema.
Todas las revisiones del ATA, desde el ATA-1 hasta el ATA-5, fueron realizadas por ANSI.
IDE fue creado por Western Digital y Compaq en 1986, es un interfaz usado principalmente en discos
duros, responsable de comunicarlo con el procesador. Su ancho de bus es de 8 y 16 bits, y su
frecuencia inicial de trabajo es 8MHz, usando un cable de 40 lineas que permite conectar hasta 2
discos duros. Los discos IDE son controlados por el microprocesador porque no tienen la capacidad de
realizar por sí mismos tareas complejas. Este sistema se suele usar en periféricos porque es barato y su
interfaz es simple. Para solucionar algunas de sus limitaciones (como el tamaño máximo de los
discos), se creó el Enhaced IDE (E-IDE).
E-IDE fue creado por Western Digital y tiene multitud de ventajas, como por ejemplo el soporte de
discos duros de 2.5 pulgadas, y llevar el límite de tamaño desde 528 MBytes hasta 8.4 GB mediante el
modo LBA. Además, permite hasta cuatro discos duros mediante el uso de dos cables. Para la
transmisión de datos, EATA cuenta con el modo PIO Mode4 y modo DMA multiword.
En 1996, Quantum lanzó la especificación Ultra-ATA, tambien llamada Ultra-ATA/33, Ultra-
DMA33. Mediante el uso de los dos flancos de la señal de reloj, el rendimiento del esquema original
se multiplicó por dos, pasando de 16MB/seg a 33MB/seg. También se le añadió una comprobación
CRC para garantizar la fiabilidad de los datos.
En 1998 se añadió una nueva reforma, la especificación Ultra-ATA/66, en la que se cambió el cable
de 40 lineas por otro con 80 (las 40 líneas extra se usan como apantallamiento para proteger de
interferencias). Con esto y otros retoques, se consiguió subir la velocidad de transferencia hasta los
66MB/seg. Surgió luego el Ultra-ATA/100, en donde se aumentó la frecuencia de reloj para alcanzar
los 100MB/seg. Ultra-ATA/133 fue anunciado por Maxtor en 2001, elevando la velocidad hasta
133MB/seg.
En la figura 4.13 podemos observar las diferencias entre IDE y EIDE.
Figura 4.13. Enhanced Integrated Disk Electronic (EIDE)
Serial ATA
Serial ATA es el último interfaz ATA, desarrollado con varias metas tales como transmisión rápida y
fiable de los datos, conectores simples, capacidades de autoconfiguración y sobre todo, ser compatible
con el software hecho para Parallel ATA.
Hace cinco años, la Serial ATA Organization, Intel y varios fabricantes de discos duros crearon el
interfaz Serial ATA, que es más rápido que los ATA100 y ATA133. Serial ATA, en su primera
definición, era capaz de alcanzar los 150MBytes/seg gracias a que trabaja en serie, necesitando sólo
un cable y reduciendo de esta forma el número de pines en
los conectores.
Serial ATA utiliza un cable muy delgado de sólo 8
conductores y el conector es mucho más pequeño e incluso
el de la alimentación es distinto y proporciona 3,3 voltios, un
voltaje que hasta ahora sólo se utilizaba en la placa base.
Otra ventaja es el aumento en la longitud máxima del cable
utilizado que podrá llegar hasta el metro, más del doble que
con ATA paralelo.
IDE/ATA está obsoleto, y necesita un sucesor. Para los usuarios que demandan velocidad y eficiencia,
Parallel ATA no parece lo suficiente bueno o estable como para cumplir sus expectativas. Parallel
ATA implica una gran cantidad de líneas de datos, y grandes frecuencias transmitidas por ellas. Serial
ATA, por el contrario, procesa los datos de forma secuencial y aprovecha la experiencia adquirida por
el mercado con Ethernet, USB, FireWire e HyperTransport para conseguir un método de transmisión
de datos más rápido y fiable. En la figura lateral se puede observar las diferencias físicas entre estos
dos tipos de conexiones.
Respecto al cable de alimentación también es diferente al de los discos ATA originales, y las
tensiones de trabajo son menores, además no es necesaria la configuración
“Master/Slave” tradicional.
SCSI (Small Computers System Interface): Normalmente de mayor capacidad que los IDE
y mejores prestaciones, esta interfaz permite conectar en cadena hasta 7 discos a una sola
controladora. La principal desventaja de los SCSI radica en su precio y en su mayor dificultad de
instalación. Dentro de esta interfaz podemos distinguir entre el SCSI (ancho de banda de 8 bits),
SCSI-2 (ancho de banda de 16 bits), Fast Wide SCSI-2 (ancho de banda de 16 bits y transferencia
máxima en modo síncrono de 20 Mbytes por segundo), Ultra SCSI (ancho de banda de 8 bits y
velocidad de transferencia máxima de 20 Mbytes/segundo) y Ultra Wide SCSI (ancho de banda de 16
bits y velocidad máxima de transferencia de 40 Mbytes/segundo).
Figura 4.14. Esquema de organización.
Ejemplo: Interfaz Ultra ATA 100.
Ultra ATA/100 es la interfaz Ultra ATA de última generación, que aumenta la velocidad de
transferencia de datos actual en modo ráfaga hasta 100 MB/s. Esta interfaz de alta velocidad permite a
los sistemas host enviar y recibir datos de forma más rápida, eliminando los cuellos de botella
relacionados con el rendimiento del sistema. Ultra ATA/66 dobla la velocidad de transferencia de
datos de la interfaz ATA/33 hasta los 66,6 MB/s.
Entre las ventajas de la interfaz Ultra ATA se incluyen las siguientes:
Integridad de datos mejorada.
Utilización de la técnica CRC (Control de Redundancia Cíclica), un sistema de protección de
datos que contribuye a garantizar la integridad de los datos transferidos.
Cable de 80 conductores y 40 pines que reduce la diafonía y mejora la integridad de la señal,
proporcionando 40 líneas de masa entre éstas y la señal IDE de 40 pines.
Las unidades de disco duro Ultra ATA/100 son totalmente compatibles hacia atrás con Ultra ATA/66,
Ultra ATA/33 y DMA, así como con las unidades de disco duro EIDE/IDE, unidades de CD-ROM y
sistemas host existentes.
Requisitos del sistema para la interfaz Ultra ATA
1. Para Ultra ATA/100, el sistema anfitrión debe ser compatible con Ultra ATA/100 (placa base
del sistema, BIOS, chipset o tarjeta controladora). Para Ultra ATA/66, el sistema anfitrión
debe ser compatible con Ultra ATA/66 (placa base del sistema, BIOS, chipset o tarjeta
controladora).
2. El disco duro debe soportar la interfaz adecuada, ya sea Ultra ATA/100 o Ultra ATA/66.
3. Deberá haber un cable IDE de 80 conductores y 40 pin conectado entre el sistema host y la
unidad de disco duro.
4. Las transferencias DMA deben estar activadas en el sistema operativo.
Información complementaria sobre la interfaz Ultra ATA:
http://www.wdc.com/sp/library/2579-001013.pdf
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. Es el valor que suele aparecer en todas las tablas de características de discos
duros. Es uno de los factores más importantes a la hora de escoger un disco duro. Cuando se
oye hacer ligeros clicks al disco duro, es que está buscando los datos que le hemos pedido
(cambiando de pista). Hoy en día en un disco moderno, lo normal son 10 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 (los hay de 10.000RPM). Una velocidad
de 5400RPM permitirá una transferencia entre 10MB y 16MB por segundo con los datos que
están en la parte exterior del cilindro o plato, algo menos en el interior.
Memoria CACHE (Tamaño del buffer). El buffer o la cache 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 cache 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.
Algunas de estas características pueden ser leídas en la parte trasera de
los discos, como se muestra en la figura 4.15.
Una vez determinado el modelo de disco duro, otro factor a tener en
cuenta es la optimización de su funcionamiento. Es aquí donde
incluimos:
partes dispersas del disco duro, las cabezas deben desplazarse
de una parte a otra para leer la información, con las
consiguientes perdidas de prestaciones. Mediante utilidades
Figura 4.15. Parte trasera
software, como las Utilidades Norton, podemos conseguir desfragmentar el disco. Este
proceso deberá efectuarse periódicamente.
Caché software de disco: mediante una utilidad software (Smartdrv.exe en el MS DOS) se
reserva una cierta cantidad de espacio en la memoria RAM que permite almacenar en ella los
datos sensibles del disco duro FAT, Tabla de directorios ... así como la información mas
recientemente utilizada. Ello hace aumentar significativamente las prestaciones. Por último
indicar que el tamaño de dicho caché debe ir en función de la cantidad de memoria RAM del
sistema.
El sistema operativo Windows ofrece una serie de herramientas para mantener en buen estado
nuestros discos duros.
Detección de daños físicos sobre la superficie del disco.
Utilidad de copias de seguridad o volcados de disco.
Su uso regular en el tiempo nos permitirá tener un buen mantenimiento de nuestros discos.
A continuación se proporcionan las direcciones de las Páginas WEB de las compañías fabricantes de
discos duros más importantes:
Ejemplo: Disco de 60 Gbytes.
Un disco de 60 Gbytes de 3,5 pulgadas de diámetro suele tener las siguientes características:
* Estar formado por 10 superficies de almacenamiento (5 discos).
* Cada superficie posee 11.445 pistas.
* Con un promedio de 1024 sectores por pista.
* Cada sector de 512 bytes de datos.
Con estos datos, si multiplicamos tenemos: Capacidad = 60 Gbytes (utilizar bien las unidades)
Problema: Da unos parámetros razonables de nº de sectores, pistas y superficies para un disco de
capacidad 160 Gbytes.
Problema: Da unos parámetros razonables de nº de sectores, pistas y superficies para un disco duro
formado por 4 discos y con capacidad total de 100 Gbytes.
Samsung SP8004H
Disco duro súper silencioso de Samsung de 80 GB de capacidad. Ofrecen cada vez más una mejor tecnología en ruido acústico y Automatic Acoust Management. Van protegidos de tal manera que son menos susceptibles a los golpes. Gracias a esta nueva tecnología los discos duros de Samsung ofrecen mayor calidad y mayor durabilidad. Velocidad de rotación 7.200 rpm y velocidad de acceso de 8,9 ms.
Garantía 3 años
Rendimiento:
- Tiempo de lectura Pista-Pista: 0.8 ms - Tiempo medio de lectura: 8,9 ms - Full-stroke: 16.9 ms - Tiempo medio de latencia: 4.17 ms - Velocidad de rotación: 7.200 rpm - Bufer medio de transferencia a otro disco: 557 Mbits/seg
Estructura lógica de un disco duro
La estructura lógica de un disco duro está formada por:
El sector de arranque (Master Boot Record o Bootstrap-loader).
Espacio particionado.
Espacio sin particionar.
El sector de arranque es el primer sector de todo disco duro (cabeza 0, cilindro 0, sector 1) y como
todos los sectores ocupa 512 bytes. En él se almacena la tabla de particiones y un pequeño programa
master de inicialización, llamado también Master Boot o “BOOTSTRAP-LOADER”, mediante el
cual se arranca el PC desde el DOS. Este programa es el encargado de leer la tabla de particiones y
ceder el control al sector de arranque de la partición activa. Si no existiese partición activa, mostraría
un mensaje de error. A continuación se muestra su estructura:
Primer sector físico del disco (Pista Cero)
512 Byte 446 Byte Código máquina (gestor de arranque)
64 byte Tabla de particiones.
2 bytes Firma de unidad arrancable ("055AAh" en hexadecimal)
El espacio particionado es el espacio del disco que ha sido asignado a alguna partición. El espacio no
particionado, es espacio no accesible del disco ya que todavía no ha sido asignado a ninguna partición.
A continuación se muestra un ejemplo de un disco duro con espacio particionado (2 particiones
primarias y 2 lógicas) y espacio todavía sin particionar.
Figura 4.16. Estructura de un disco con dos particiones.
El caso más sencillo consiste en un sector de arranque que contenga una tabla de particiones con una
sola partición, y que esta partición ocupe la totalidad del espacio restante del disco. En este caso, no
existiría espacio sin particionar.
Las particiones
Cada disco duro constituye una unidad física distinta. Sin embargo, los sistemas operativos no
trabajan con unidades físicas directamente sino con unidades lógicas. Dentro de una misma unidad
física de disco duro puede haber varias unidades lógicas. Cada una de estas unidades lógicas
constituye una partición del disco duro. Esto quiere decir que podemos dividir un disco duro en, por
ejemplo, dos particiones (dos unidades lógicas dentro de una misma unidad física) y trabajar de la
misma manera que si tuviésemos dos discos duros (dos unidades lógicas para cada unidad física).
Particiones y directorios. Ambas estructuras permiten organizar datos dentro de un disco duro.
Sin embargo, presentan importantes diferencias: 1ª) Las particiones son divisiones de tamaño fijo
del disco duro; los directorios son divisiones de tamaño variable de la partición; 2ª) Las
particiones ocupan un grupo de cilindros contiguos del disco duro (mayor seguridad); los
directorios suelen tener su información desperdigada por toda la partición; 3ª) Cada partición del
disco duro puede tener un sistema de archivos (sistema operativo) distinto; todos los directorios
de la partición tienen el sistema de archivos de la partición.
Como mínimo, es necesario crear una partición para cada disco duro. Esta partición puede contener la
totalidad del espacio del disco duro o sólo una parte. Las razones que nos pueden llevar a crear más de
una partición por disco se suelen reducir a tres.
1. Razones organizativas. Debido a que el ordenador es utilizado por varios usuarios, por
ejemplo.
2. Instalación de más de un sistema operativo. Debido a que cada sistema operativo requiere
(como norma general) una partición propia para trabajar.
3. Razones de eficiencia. Por ejemplo, suele ser preferible tener varias particiones FAT pequeñas
antes que una gran partición FAT. Esto es debido a que cuanto mayor es el tamaño de una
partición, mayor es el tamaño del grupo (cluster) y, por consiguiente, se desaprovecha más
espacio de la partición. Más adelante, veremos esto con mayor detalle.
Las particiones pueden ser de dos tipos: primarias o lógicas. Las particiones lógicas se definen dentro
de una partición primaria especial denominada partición extendida.
En un disco duro sólo pueden existir 4 particiones primarias (incluida la partición extendida, si
existe). Las particiones existentes deben inscribirse en una tabla de particiones de 4 entradas situada
en el primer sector de todo disco duro. De estas 4 entradas de la tabla puede que no esté utilizada
ninguna (disco duro sin particionar, tal y como viene de fábrica) o que estén utilizadas una, dos, tres o
las cuatro entradas. En cualquiera de estos últimos casos (incluso cuando sólo hay una partición), es
necesario que en la tabla de particiones figure una de ellas como partición activa. La partición activa
es aquella a la que el programa de inicialización (Master Boot) cede el control al arrancar. El sistema
operativo de la partición activa será el que se cargue al arrancar desde el disco duro.
De todo lo anterior se pueden deducir varias conclusiones: Para que un disco duro sea utilizable debe
tener al menos una partición primaria. Además para que un disco duro sea “arrancable” debe tener
activada una de las particiones y un sistema operativo instalado en ella.
Particiones primarias y particiones lógicas.
Ambos tipos de particiones generan las correspondientes unidades lógicas del ordenador. Sin
embargo, hay una diferencia importante: sólo las particiones primarias se pueden activar. Además,
algunos sistemas operativos no pueden acceder a particiones primarias distintas a la suya.
Lo anterior nos da una idea de qué tipo de partición utilizar para cada necesidad. Los sistemas
operativos deben instalarse en particiones primarias, ya que de otra manera no podrían arrancar. El
resto de particiones que no contengan un sistema operativo, es más conveniente crearlas como
particiones lógicas. Por dos razones: primera, no se malgastan entradas de la tabla de particiones del
disco duro y, segunda, se evitan problemas para acceder a estos datos desde los sistemas operativos
instalados. Las particiones lógicas son los lugares ideales para contener las unidades que deben ser
visibles desde todos los sistemas operativos.
Algunos sistemas operativos presumen de poder ser instalados en particiones lógicas (Windows NT),
sin embargo, esto no es del todo cierto: necesitan instalar un pequeño programa en una partición
primaria que sea capaz de cederles el control.
Estructura lógica de las particiones.
Dependiendo del sistema de archivos utilizado en cada partición, su estructura lógica será distinta. En
los casos de MS-DOS y Windows 95, está formada por sector de arranque, FAT (“File Allocate
Table”), copia de la FAT, directorio raíz y área de datos. De todas formas, el sector de arranque es un
elemento común a todos los tipos de particiones.
Figura 4.18. Todo disco debe poseer un sector de arranque.
Todas las particiones tienen un sector de arranque (el primero de la partición) con información
relativa a la partición. Si la partición tiene instalado un sistema operativo, este sector se encargará de
arrancarlo. Si no hubiese ningún sistema operativo (como es el caso de una partición para datos) y se
intentara arrancar, mostraría un mensaje de error.
Sistemas de archivos.
Un sistema de archivos es una estructura que permite tanto el almacenamiento de información en una
partición como su modificación y recuperación. Para que sea posible trabajar en una partición es
necesario asignarle previamente un sistema de archivos. Esta operación se denomina dar formato a
una partición.
Generalmente cada sistema de archivos ha sido diseñado para obtener el mejor rendimiento con un
sistema operativo concreto (FAT para DOS, FAT32 para Windows 98, NTFS para Windows NT,
HPFS para OS/2…). Sin embargo, es usual que el mismo sistema operativo sea capaz de reconocer
múltiples sistemas de archivos. A continuación se comentan los sistemas de archivos más comunes.
FAT16
La FAT (“File Allocate Table”, Tabla de Asignación de Archivos) fue introducido por Microsoft en
1.987 para dar soporte a los archivos de 16bits, no soportados por versiones anteriores de FAT
(FAT12) La FAT16 es en realidad un índice que crea una lista de contenidos del disco para grabar la
ubicación de los archivos que éste posee. Ya que los bloques que conforman un archivo no siempre se
almacenan en el disco en forma contigua (un fenómeno llamado fragmentación), la tabla de
asignación permite que se mantenga la estructura del sistema de archivos mediante la creación de
vínculos a los bloques que conforman el archivo. El sistema FAT16 es un sistema de 16 bits que
permite la identificación de archivos por un nombre de hasta 8 caracteres y tres extensiones de
caracteres. Es por esto que el sistema se denomina FAT16.
Un grupo, cluster o unidad de asignación es la unidad mínima de almacenamiento de un archivo en
una partición y está formada por uno o varios sectores contiguos del disco. Esto quiere decir que el
espacio real ocupado por un archivo en disco será siempre múltiplo del tamaño del grupo. Además,
cada grupo puede almacenar información de un solo archivo. Si no cabe en un solo grupo, se
utilizarán varios (no necesariamente contiguos). Para hacernos una idea del nefasto resultado de un
tamaño de grupo incorrecto, consideremos dos archivos de 1 byte cada uno. Si el tamaño del grupo es
de 32 KB, se utilizarán dos grupos y el espacio real ocupado en disco habrá sido de 64 KB = ¡65.536
bytes! en vez de 2 bytes, como sería de esperar.
Este sistema posee importantes limitaciones: nombres de archivos cortos; tamaño máximo de
particiones de 2 GB; grupos (clusters) demasiados grandes, con el consiguiente desaprovechamiento
de espacio en disco; elevada fragmentación, que ralentiza el acceso a los archivos. Pero tiene a su
favor su sencillez y compatibilidad con la mayoría de sistemas operativos.
Debido a que la FAT de este sistema de archivos tiene entradas de 16 bits (por eso, a veces se llama
FAT16), sólo se pueden utilizar 2 16
= 65.536 grupos distintos. Esto implica que, con el fin de
aprovechar la totalidad del espacio de una partición, los grupos tengan tamaños distintos en función
del tamaño de la partición. Por ejemplo, con un grupo de 16 KB se puede almacenar hasta 2 16
grupos
* 16 KB/grupo = 2 20
KB = 1 GB de información. El límite de la partición (2 GB) se obtiene al
considerar un grupo máximo de 32 KB (formado por 64 sectores consecutivos de 512 bytes).
VFAT (Virtual FAT)
Este sistema de archivos logra remediar uno de los mayores problemas del sistema FAT: los nombres
de archivos y directorios sólo podían contener 8 caracteres de nombre y 3 de extensión. Con VFAT, se
logra ampliar este límite a 255 caracteres entre nombre y extensión.
La mayor ventaja de VFAT es que tiene plena compatibilidad con FAT. Por ejemplo, es factible
utilizar la misma partición para dos sistemas operativos que utilicen uno FAT y otro VFAT (MS-DOS
y Windows 95). Cuando entremos desde MS-DOS, los nombres largos de archivos se transforman en
nombres cortos según unas reglas establecidas, y pueden ser utilizados de la manera habitual. De todas
maneras, hay que prestar cierta atención cuando se trabaja desde MS-DOS con archivos que tienen
nombres largos: no se deben realizar operaciones de copiado o borrado, ya que se corre el riesgo de
perder el nombre largo del archivo y quedarnos sólo con el corto. Desde Windows 95, se trabaja de
forma transparente con nombres cortos y largos.
Tanto las particiones FAT como las VFAT están limitadas a un tamaño máximo de 2 GB. Esta es la
razón por la que los discos duros mayores de este tamaño que vayan a trabajar con alguno de los dos
sistemas, necesiten ser particionados en varias particiones más pequeñas.
El sistema de archivos FAT32 ha sido diseñado para aumentar este límite a 2 TB (1 Tera byte = 1024
GBytes).
FAT32 (FAT de 32 bits)
El sistema FAT32 permite trabajar con particiones mayores de 2 GB. No solamente esto, sino que
además el tamaño del grupo (cluster) es mucho menor, pues está limitado entre 4Kb y 8Kb.
Problema: Tenemos un sistema de archivos FAT-16. Y tenemos un disco duro de 512 Mbytes. Se
pide:
a) Calcular el tamaño de cluster adecuado para este disco.
b) Cuantos sectores ocupa un grupo o cluster. (1 sector = 512 bytes)
c) Si tenemos tres archivos de 3Kbytes, 20Kbytes y 10Kbytes, respectivamente, cuantos Kbytes
ocuparán estos tres archivos almacenados en nuestro disco.
Respuesta:
FAT32 utiliza un direccionamiento de cluster de 32bits, lo que en teoría podría permitir manejar
particiones de hasta 2 TB (Terabytes), pero en la práctica Microsoft limitó estas en un primer
momento a unos 124Gb, fijando posteriormente el tamaño máximo de una partición en FAT32 en
32Gb. Lo que ocurrió en la práctica es que sólo se utilizan 28 bits (o 27 bits, a veces), ya que 4 bits se
reservan para su uso en el futuro.
Esto se debe más que nada a una serie de limitaciones del Scandisk de Microsoft, ya que FAT32
puede manejar particiones mayores creadas con programas de otros fabricantes. Un claro ejemplo de
esto lo tenemos en los discos externos multimedia, que están formateados en FAT32 a pesar de ser
particiones de bastante tamaño (en muchos casos más de 300Gb).
En la siguiente tabla 4.1, se comparan los tamaños de grupo utilizados según el tamaño de la partición
y el sistema de archivos empleado. Para FAT16 los números salen sin problemas multiplicando el
tamaño del cluster por 2 16
cluster posibles. Pero para FAT32 deberéis averiguar cuál es el número de
sectores utilizados.
32?
FAT32
4 KB 256 MB 21 8 GB (1 TB)
8 KB 512 MB 21 16 GB (2 TB)
16 KB 1 GB 21 32 GB (4 TB)
32 KB 2 GB 26 2 TB (8 TB)
Tabla 4.1. Según el tamaño del cluster tendremos discos de tamaño distinto en FAT16 y FAT32.
Para FAT32 fijaros que se está utilizando diferente número de bits para cada caso.
Problema: si partimos de la limitación de que el tamaño del cluster para FAT32 es de 4KB o
8Kb, determinar el número de bits realmente utilizados para acceder a la tabla FAT para
formatear discos de 128MB, 256MB, 1GB, 8GB, 32GB, 128 GB, 256 GB, 320GB, 500GB, 1TB,
2TB y 8 TB, con una de las dos opciones de tamaño de cluster.
NTFS (“New Technology File System”, sistema de archivos de nueva tecnología)
Este es el sistema de archivos que permite utilizar todas las características de seguridad y protección
de archivos de Windows NT. Fue introducido a mediados de 1.993 en Windows NT 3.1, y utilizado
por Microsoft solo en sus sistemas profesionales hasta la salida de Windows XP, que fue el primer
sistema operativo de uso doméstico que lo incorporó.
NTFS sólo es recomendable para particiones superiores a 400 MB, ya que las estructuras del sistema
consumen gran cantidad de espacio. NTFS permite definir el tamaño del grupo (cluster), a partir de
512 bytes (tamaño de un sector) de forma independiente al tamaño de la partición.
NTFS ha aumentado considerablemente el tamaño de los archivos y los volúmenes, de forma que
ahora pueden tener hasta 2 64
bytes. NTFS también ha vuelto al concepto de clústeres de FAT para
evitar el problema de HPFS de un tamaño de sector fijo. Esto se hizo porque Windows NT es un
sistema operativo portátil y es probable que se encuentre tecnología de disco diferente en algún lugar.
Por tanto, se consideró que era posible que 512 bytes por sector no fuera siempre un valor bueno para
la asignación. Para lograrlo, se permitió definir el clúster como múltiplos del tamaño de asignación
natural del hardware. Por último, en NTFS todos los nombres de archivo se basan en Unicode y los
nombres de archivo 8.3 se conservan junto con los nombres de archivo largos.
Las técnicas utilizadas para evitar la fragmentación y el menor desaprovechamiento del disco, hacen
de este sistema de archivos el sistema ideal para las particiones de gran tamaño requeridas en grandes
ordenadores y servidores.
HPFS (“High Performance File System”, sistema de archivos de alto rendimiento)
HPFS es el sistema de archivos propio de OS/2. Utiliza una estructura muy eficiente para organizar
los datos en las particiones. HPFS mantiene la organización de directorio de FAT, pero agrega la
ordenación automática del directorio basada en nombres de archivo.
HPFS no utiliza grupos sino directamente sectores del disco (que equivalen a un grupo de 512 bytes).
En vez de utilizar una tabla FAT al principio de la partición, emplea unas bandas distribuidas
eficazmente por toda la partición. De esta forma se consigue, suprimir el elevado número de
movimientos que los cabezales de lectura/escritura tienen que realizar a la tabla de asignación en una
partición FAT. El resultado de este sistema es una mayor velocidad de acceso y un menor
desaprovechamiento del espacio en disco.
Bajo HPFS, las entradas del directorio contienen más información que bajo FAT. Además del archivo
de atributo, esto incluye información sobre la fecha y la hora de modificación, creación y acceso.
Ejemplo: Vemos un fichero de tan solo 5 bytes ocupa en disco 512bytes (Windows 2000). Es el
tamaño mínimo en disco de un fichero. Y bajo un sistema Windows NT, un fichero de 14 bytes
ocupa 4 Kbytes (Partición bajo Windows NT).
Problema: Tenemos un sistema de archivos FAT-32. Tenemos un disco duro de 140 Gbytes.
El tamaño del cluster es de 4Kb o de 8Kb. ¿Cuántos bits utilizamos para acceder a la tabla FAT para
ambos tamaños de cluster?
Respuesta:
Problema: Tenemos un sistema de archivos FAT-32. Tenemos un disco duro de 40 Gbytes.
El tamaño del cluster es de 4Kb o de 8Kb. ¿Cuántos bits utilizamos para acceder a la tabla FAT para
ambos tamaños de cluster?
Respuesta:
Para cluster de 4Kb: 4 * 2 10 * X = 40 GB = 10 * 2
32 X ≈ 2
223 * 4 * 210 = 32 GB de disco
Para cluster de 8Kb: 8 * 2 10 * X = 40 GB = 10 * 2
32 X ≈ 2
4.3.2. DISQUETES
Existen otros dispositivos auxiliares de almacenamiento externo de soporte magnético extraíbles, los
disquetes o floppy disks. Su funcionamiento no es totalmente similar a los discos magnéticos comentados
anteriormente, ya que aquí se los recubre de una superficie resistente que permite el contacto de la cabeza
de lectura-escritura sobre la superficie magnetizada, lo que permite más sencillez de uso y menos coste, si
bien su capacidad de almacenamiento es mucho más reducida (100K a 1.44 M).
En la figura 4.19 podemos ver algunas imágenes.
Figura 4.19. Varias imágenes de Disquettes. Desde los 128Kbytes hasta 1,44 Mbytes.
Los disquetes son pequeños discos cuyos platos son flexibles, ya que están constituidos por un
material de plástico y son intercambiables. La superficie se encuentra protegida por una funda
recubierta internamente de un material que facilita el deslizamiento rotacional del plato. En la funda
hay una abertura radial que abarca a todas las pistas; a través de esta ventana las cabezas de la unidad
de disquetes acceden a la información. También en el sobre y en el plato hay otro orificio que sirve
para que la unidad por medios ópticos tenga una referencia de alineación para localizar pistas y
sectores. El centro está abierto con objeto de que el disquete ajuste en el eje de rotación de la unidad
de lectura / grabación. Por si alguien no ha visto aun una disquetera, en la figura 4.20 se ve una
imagen “clásica” de una disquetera interna y otra imagen de una disquetera más moderna (y externa).
Figura 4.20. Imágen de Disquettera clásica y al lado una unidad externa.
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.
Durante una operación de E/S, el controlador de la unidad de disco o de la disquetera debe recibir tres
números: el del cilindro que contiene la pista donde está ese sector, el de la cabeza (head) que accede
a esa pista, y el número del sector dentro de la pista. En un disquete el tiempo de acceso es del orden
de (70 + 100) mseg. = 170 mseg, es decir la suma del tiempo medio de acceso más la latencia.
Un disquete de 3 ½" y 1,44 MB, 80 cilindros y 18 sectores por pista gira a 300 rpm. o sea 200 mseg
por vuelta. Por lo tanto, un sector será recorrido en (200/18) mseg = 11.11 mseg. La velocidad de
transferencia interna será: 512 Bytes/11.11 mseg = … = 45 KB/seg. Que también será la velocidad de
transferencia puesto que aunque la controladora esté conectada a un bus ISA.
Un diodo LED externo indica si la unidad está leyendo o escribiendo.
4.3.3. 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.
Figura 4.21. Imagen de una unidad Iomega de 100 Mbytes.
A favor: portabilidad, reducido formato, precio global, muy extendido.
En contras: capacidad reducida, incompatible con disquetes de 3,5" .
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.
Las versiones externas aparecen con interfaz SCSI (con un rendimiento idéntico a la versión
interna) o bien conectable al puerto paralelo, sin tener que prescindir de la impresora conectada a éste.
Puede funcionar de pie o tumbada. El modelo para puerto paralelo pone el acento en la portabilidad
absoluta entre ordenadores (basta que tengan este puerto, el de impresora), aunque su velocidad es la
más reducida de las tres versiones. Muy resistente, puede ser el acompañante ideal de un portátil.
Ha tenido gran aceptación, siendo el estándar "de facto" en su segmento, pese a no poder
prescindir de la disquetera de 3,5" con la que no son en absoluto compatibles, aunque sus ventajas
puede que suplan este inconveniente.
4.3.4. 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 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.
Figura 4.22. Imagen de un magneto-óptico externo de Fujitsu de 2,3 Gb USB-2, modelo FUXOPO29.
Pros: alta seguridad de los datos, portabilidad, bajo precio de los discos, fácil manejo
Contras: inversión inicial, poca implantación
Son capaces de almacenar hasta 1,3 GB en discos muy similares a los disquetes de 3,5" (sí, así
de pequeños) que tienen una cubierta de plástico para protegerlos de los golpes y el polvo, no como
los CDs con su superficie expuesta a involuntarias huellas de dedos que los inutilicen.
Tecnología de lectura/escritura.
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 150 o C (temperatura crítica conocida como el punto Curie), con lo que puede
modificarse su estado de polarización magnética mediante el campo correspondiente (a altas temperaturas
la coercitividad o resistencia a variaciones de orientación magnética de los materiales disminuye). 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 todavía 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.
Las unidades MO trabajan con un único surco en el soporte, y al disponer únicamente de una
cabeza de lectura-escritura, como el disco presenta información en sus dos caras, sólo la mitad de la
capacidad de almacenamiento está en un momento dado disponible. Gracias a este sistema y al diseño
de los discos es posible almacenar datos por 30 años sin distorsión o pérdidas. Se puede regrabar hasta
un millón de veces sin deterioro de la calidad.
Una vez instalada la unidad, se maneja como si fuera un disco duro más (sin necesidad de
ningún programa accesorio). Existen discos y lectores-grabadores de 128, 230, 540, 640 MB y 1,3
GB, pero en la actualidad sólo son recomendables los de 640 MB y 1,3 GB (estos últimos algo caros),
que además permiten leer y escribir en los discos de menor capacidad (excepto en los de 128 MB, que
generalmente sólo pueden ser leídos).
Su velocidad es muy elevada, comparable a la de los discos duros de hace unos años, pero tiene el
problema de que el proceso utilizado obliga a que la escritura se realice a la mitad de la velocidad de
la lectura. Así, mientras que se pueden alcanzar casi los 2,5 MB/s en lectura (una velocidad
comparable a la de un CD-ROM 24x), la escritura se queda en alrededor de 1 MB/s, con un tiempo de
acceso cercano al de un disco duro (menos de 40 ms). En un MO se puede escribir miles de veces a
una velocidad más del doble de rápida que en una grabadora de CDs 4x.
Sus únicos problemas son el precio de la unidad lectora-grabadora, y su relativamente escasa
implantación. En ambientes profesionales son bastante comunes.
Magneto-ópticos de 5,25" - hasta 4,6 GB.
Los magneto-ópticos de 5,25" se basan en la misma tecnología que sus hermanos pequeños de 3,5",
por lo que atesoran sus mismas ventajas: gran fiabilidad y durabilidad de los datos a la vez que una
velocidad razonablemente elevada.
Figura 4.23. Imagen del un dispositivo magneto-óptico de 5,24”.
En este caso, además, la velocidad llega a ser incluso superior: más de 3 MB/s en lectura y más de
1,5 MB/s en escritura usando discos normales. Si el dispositivo soporta discos LIMDOW, la velocidad
de escritura casi se duplica siendo comparable a la de los discos duros, lo que determina la utilización
del interfaz SCSI exclusivamente y el apelativo de discos duros ópticos que se les aplica en ocasiones.
Además, el cambio de tamaño de 3,5" a 5,25" implica un gran aumento de capacidad; los discos
van desde los 650 MB hasta los 5,2 GB, o lo que es lo mismo: desde la capacidad de un solo CD-
ROM hasta la de 8, pasando por los discos más comunes, los de 1,3 y 2,6 GB. Con estas cifras y esta
velocidad, hacer un backup de un disco duro de 2,5 GB no lleva más de un cuarto de hora y el
cartucho resultado es sólo un poco más grande que la funda de un CD, ya que a eso se parecen los
discos: a CDs con una funda tipo disquete.
En la actualidad los modelos más extendidos son los de 2,6 GB de capacidad máxima, en los que
está implantándose rápidamente el sistema LIMDOW. Puesto que se trata de dispositivos basados en
estándares, existen varias empresas que los fabrican, por ejemplo Hewlett Packard, Sony o Pinnacle
Micro.
Figura 4.24. Imagen de un disco magneto-óptico de 5,24”.
Esta última empresa, Pinnacle, que se dedica casi en exclusiva a estos dispositivos, tiene uno de
los productos más interesantes de este mercado: el Apex. Se trata de un dispositivo que admite discos
normales de 2,6 GB, pero que además tiene unos discos especiales, de diseño propietario (no
compatibles con otros aparatos), que llegan hasta los 4,6 GB, todo ello con una gran velocidad y a un
precio incluso inferior al de muchos dispositivos normales de sólo 2,6 GB.
Pero ése, el precio, es el inconveniente de este tipo de periféricos. Los discos, sin embargo, son

4. PERIFÉRICOS DE ALMACENAMIENTO.

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