Almacenamiento de Información

Eduard Sulbaran

Estructura de almacenamiento

Para poder ejecutarse los programas deben estar en memoria principal, que es la única gran área de almacenamiento a que el procesador puede acceder directamente. Es una matriz de palabras (comúnmente 32 o 64 bits), donde cada palabra tiene su propia dirección.

La memoria principal no es lo suficientemente grande para contener permanentemente todos los programas y datos, esto genera la necesidad de un almacenamiento secundario.

La memoria principal se comunica con el microprocesador de la CPU mediante el bus de direcciones. El ancho de este bus determina la capacidad que posea el microprocesador para el direccionamiento de direcciones en memoria

Bus de Direcciones

Se han inventado varias formas de almacenamiento basadas en diversos fenómenos naturales. No existe medio alguno de almacenamiento de uso práctico universal y todas las formas de almacenamiento tienen sus desventajas. Por tanto, un sistema informático contiene varios tipos de almacenamiento, cada uno con su propósito individual.

Tipos de tecnología de memoria o almacenamiento

El proceso de transferencia de datos a un equipo de cómputo o sistema informático se llama "procedimiento de lectura". El proceso de transferencia de datos desde la computadora hacia el almacenamiento se denomina "procedimiento de escritura" o grabación.

Para almacenar información se pueden usar los siguientes tipos de tecnología:

Magnética

Óptica

Magneto-óptica

Estado sólido o memoria Flash

Almacenamiento óptico

En los discos ópticos la información se guarda de una forma secuencial en una espiral que comienza en el centro del disco. Además de la capacidad, estos discos presentan ventajas como la fiabilidad, resistencia a los arañazos, la suciedad y a los efectos de los campos magnéticos.

Ejemplos CD

CD-ROM: disco compacto de memoria de sólo lecturaCD-R: disco compacto grabableCD-RW: disco compacto regrabable

DVD, discos de capacidad de 4,5 hasta 9,4 GB de escritura y múltiples lecturas: DVD±R

○ DVD-R○ DVD+R

DVD±RW: discos de capacidad de 4,5 hasta 9,4GB de múltiples escritura y múltiples lecturas: ○ DVD-RW○ DVD+RW

Almacenamiento magneto-óptico

Algunos dispositivos combinan la tecnología magnética y óptica, es decir, son dispositivos de almacenamiento híbridos y cuyos soportes son discos magneto-ópticos.

Ejemplos:

Disco Zip Floptical Minidisc

Almacenamiento de estado sólido

El dispositivo o unidad de estado sólido (en inglés: Solid-State Drive, SSD) es un dispositivo de almacenamiento de datos que usa memoria no volátil, como la memoria flash, para almacenar datos e información, en lugar de los platos o discos magnéticos giratorios de los dispositivos de discos rígidos convencionales (en inglés, Hard Disk Drive, HDD).

En comparación con los discos rígidos tradicionales, los dispositivos de estado sólido son menos sensibles a los golpes (más resistentes a los golpes o caídas), son prácticamente inaudibles o silenciosos y tienen un menor tiempo de acceso y de latencia. Los SSD hacen uso de la misma interfaz que los HDD y son fácilmente intercambiables sin tener que recurrir a adaptadores o tarjetas de expansión para compatibilizarlos con el equipo.

Ejemplos

Memoria USB. Tarjetas de memoria:

Secure Digital (SD)○ MiniSD○ microSD

Memory Stick (MS)MultiMediaCard (MMC)CompactFlash (CF)SmartMedia (SM)

Evolución de los dispositivos de almacenamiento

1947: Memoria de Tubo Williams o Tubo Williams-Kilburn. 0,0625 KB. Primer dispositivo de almacenamiento digital de acceso aleatorio.

Velocidad: 1,2 milisegundos por instrucción. 1950: Memoria de Tambor magnético.

10 KB. El precursor del moderno plato de disco duro. 1950: Memoria de toros o Memoria de núcleos magnéticos.

memoria primaria. 1951: Uniservo.

128 bit por pulgada. Primer dispositivo de cinta utilizado comercialmente. 1956: IBM 350.

4,4 MB. El primer disco duro “moderno”, con cincuenta discos de 24" que giraba a 1200 RPM.

1972: Casete de cinta. 660 KB por lado.

1976: Disquetera y Disquete de 5,25". 1,2 MB

1980: IBM 3380 2,52 GB.

1980: ST-506 5 MB.

1987: Casete de Cinta de Audio Digital y Casetera para DAT (del inglés, Digital Audio Tape, DAT). 1,3 GB. Cinta magnética.

1990: Disco compacto (Compact Disc, CD) y Compactera o Unidad de CD-R o Lectora de CD. 700 MB.

1993: MiniDisc (MD) Data. 140 MB.

1994: Unidad Zip y Disco Zip. 100 MB.

1995: Lectograbadora de DVD. 4,7 GB.

1996: Seagate Barracuda. 2,5 GB. Primera unidad de disco duro de 7200 RPM.

1999: IBM 170 Microdrive. 170 MB.

2000: IBM DiskOnKey. 8 MB. Memoria flash.

2000: Tarjeta de memoria Secure Digital (SD). 32 MB. Memoria flash

2008: Unidad de Estado Sólido 64 GB.

Presente: Almacenamiento en la nube. Ilimitado.

Jerarquía de almacenamiento

Por lo general, memorias de muy alto nivel de rapidez de respuesta como los registros del CPU (archivo de registros) y la caché del procesador (memorias en el primer nivel en la jerarquía) suelen ser de muy alto costo. La responsabilidad de la gestión de dichas memorias cae sobre el sistema operativo.

La memoria principal (en el segundo nivel en la jerarquía) cumple la función de almacenar los programas en ejecución. Su acceso es aleatorio y su retención (o almacenamiento) volátil. La carga (load) transfiere una palabra de memoria principal a la CPU. El almacenaje (store) transfiere el contenido de un registro a la memoria principal.

El almacenamiento secundario (memoria secundaria, en el tercer nivel en la jerarquía) es el conjunto de dispositivos y medios de almacenamiento, que conforman el subsistema de memoria de una computadora (por ejemplo, el disco duro), junto a la memoria principal.

Finalmente se cuenta con medios terciarios (discos ópticos, cintas magnéticas) y otros medios de almacenamiento que generalmente permiten mayor portabilidad y gran cantidad de almacenamiento

Estructura de memoria

Registros y caché: Los registros del CPU o archivo de registros funcionan como "Flip-Flops" electrónicos. Suelen ser de a 32 o 64 bits y se encuentran dentro del procesador. Es el medio de más rápido acceso para el procesador, siendo transistores integrados en el chip del procesador.

Es en estos registros donde se cargan instrucciones atómicas que el procesador ejecuta.

La memoria caché es un tipo especial de memoria utilizada para el mejoramiento del rendimiento y eficiencia del procesador.

Archivo de registros de 3 bits

Memoria principal La organización de una memoria principal es como sigue:

Un segmento de texto, el cual mantendrá las instrucciones del programa

Sobre el segmento de texto un segmento de datos (en la

máquina MIPS este segmento comienza de la dirección 0x10000000), el cual es dividido en dos partes: La memoria estática, contiene objetos los cuales el tamaño y

dirección son conocidos para el compilador y para el enlazador. Luego sobre esa memoria viene el segmento dinámico, donde se

asigna memoria dinámicamente (conocido también como heap o montón).

El segmento de stack (o pila), se encuentra en lo superior de la dirección de memoria, y crece hacia el segmento de datos (hacia abajo).

memoria en una máquina MIPS

Memoria Secundaria

Los discos magnéticos (en este caso el disco duro) consiste en la aplicación de campos magnéticos a ciertos materiales que se orientan en determinadas posiciones hasta después de aplicar el campo.

El disco duro se estructura por discos magnéticos (o platos) que giran alrededor de un eje, y entre ellos acceden unos brazos que con unos cabezales (o heads) son capaces de leer y escribir datos.

Un plato consiste en una serie de pistas concéntricas las cuales a su vez se dividen en la unidad física de almacenamiento llamada sector.

Los tiempos de obtención (recuperación de información) en discos duros suele ser muy superior a la de acceso a la memoria principal (siendo esta última del orden de 106 más rápida).

Estructura de un disco magnético