1. Hardware de almacenamiento ESTRUCTURAS DE DATOS Por José Manuel Manrique Arreola.

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1 1. Hardware de almacenamiento ESTRUCTURAS DE DATOS Por José Manuel Manrique Arreola

2 1.HARDWARE DE ALMACENAMIENTO Son dispositivos diseñados para registrar y recuperar datos representados mediante un código específico. Dado que los datos son representados utilizando un código específico, se dice que están codificados. Tan el sistema en general, como los dispositivos que lo integran, deben ser capaces de interpretar el código empleado. Algunos códigos utilizados históricamente son: EBCDIC: Empleado por los antiguos sistemas de la primera, segunda y hasta la tercera generación de computadoras. Los datos se codifican en un esquema de 7 bits. ASCII: Se ha utilizado desde la aparición de las computadoras de la cuarta generación y es de uso extendido aún hoy en día. Es un código de 7 bits. Existe un código ASCII extendido, que soporta 8 bits. Unicode: El código que se utiliza en los modernos sistemas con interfaz GUI. Codifica los datos utilizando 8 a 32 bits –según el estándar UTC empleado-. Cuenta con soporte multi- idioma. Actualmente se encuentra en la versión 6.0.

3 1.1 ALMACENAMIENTO MECÁNICO Los primeros sistemas de cómputo empleaban unidades de almacenamiento basadas en componentes mecánicos. Algunos de tales dispositivos son: Lectoras/Perforadoras de tarjetas: Unidad de entrada/salida de un sistema de cómputo que codifica los datos a manera de perforaciones sobre tarjetas de cartulina. Los datos son perforados en la tarjeta utilizando una máquina llamada perforadora, que permite al usuario introducir los datos a codificar mediante un teclado. Los datos introducidos son – entonces-, representados mediante perforaciones sobre una lámina de cartulina –la tarjeta-. Así mismo, cuando se realizan operaciones sobre los datos –principalmente por medio de una máquina calculadora-, los resultados de estas pueden ser perforados en tarjetas también. Para interpretar los datos se requiere de una máquina lectora, que es capaz de reconocer las perforaciones sobre la tarjeta e interpretarlas como datos de acuerdo a un código pre-establecido. Lectoras/Perforadoras de cinta de papel: Unidad de entrada/salida de un sistema de cómputo similar al anterior, pero que codifica la información sobre una tira de papel continuo, como si se tratase de una tarjeta continua.

4 1.2 ALMACENAMIENTO MAGNÉTICO La cinta magnética es un tipo de medio o soporte de almacenamiento de datos que se graba en pistas sobre una banda plástica con un material magnetizado, generalmente óxido de hierro o algún cromato. El tipo de información que se puede almacenar en las cintas magnéticas es variado, como vídeo, audio y datos. Hay diferentes tipos de cintas, tanto en sus medidas físicas como en su constitución química, así como diferentes formatos de grabación, especializados en el tipo de información que se quiere grabar. Los dispositivos informáticos de almacenamiento masivo de datos de cinta magnética son utilizados principalmente para respaldo de archivos, y para el proceso de información de tipo secuencial, como en la elaboración de nóminas de las grandes organizaciones públicas y privadas. Al almacén donde se guardan estos dispositivos se lo denomina cintoteca. Hoy en día se siguen usando cintas en casetes para resguardo de información, aunque no se trate de un medio masivo, Sony recientemente ha creado una tecnología en la cual se puede almacenar 2,5 TB de información en cinta magnética.

5 1.2 ALMACENAMIENTO MAGNÉTICO ROTATORIO Es una tecnología de almacenamiento que permite el registro sobre una superficie –disco-, magnetizada. Han existido diferentes tipos de discos magnéticos: desde los disquettes –que consistían de una lámina circular de plástico, recubierta con material ferromagnético-, hasta los discos duros –cuyas láminas circulares, o discos, son de metal con superficie recubierta con material magnetizable-. Mientras que un disquette tiene sólo una lámina –disco-, un disco duro puede formarse de varias de estas. A cada lámina se le llama plato. A cada cara grabable en un plato se le asocia con una cabeza de lectura/escritura, por lo que en la notación empleada para describir al disco en las etiquetas de los discos duros se hace referencia a estas por medio del número de cabezas que tiene el disco. Sobre cada cara –durante el proceso del formateo-, se crea un conjunto de círculos concéntricos denominados pistas. Las pistas sobre una cara se corresponden con las pistas registradas en la cara posterior, formando un cilindro. Si el disco se forma de varios platos unidos por un eje, las pistas de cada cara se corresponderán con las pistas de las demás caras, dando más sentido a la definición de cilindro. A su vez, las pistas son divididas en sectores y –en algunos casos-, se identificará a un grupo de estos como un cluster –o racimo-. Los sectores contienen una cantidad de bytes disponibles. La capacidad del sector se define durante el proceso del formateo.

6 1.3 ALMACENAMIENTO ÓPTICO Son unidades de disco que usan una luz láser u ondas electromagnéticas cercanas al espectro de la luz como parte del proceso de lectura o escritura de datos desde un archivo a discos ópticos, a través de haces de luz que interpretan las refracciones provocadas sobre su propia emisión. Algunas unidades sólo pueden leer discos, mientras otras son lectoras y grabadoras. Para referirse a la unidad con ambas capacidades se suele usar el término lectograbadora. Los discos compactos (CD), DVD y discos Blu-ray son los tipos de medios ópticos más comunes que pueden ser leídos y grabados por estas unidades. La grabación de discos en general es restringida a la distribución y copiado de seguridad a pequeña escala, siendo más lenta y más cara en términos materiales por unidad que el proceso de moldeo usado para fabricar discos planchados en masa. La parte más importante de una unidad de disco óptico es el camino óptico, ubicado en un pickup head (PUH), que consiste habitualmente de un láser semiconductor, un lente que guía el haz de láser, y fotodiodos que detectan la luz reflejada en la superficie del disco.

7 1.3 ALMACENAMIENTO ÓPTICO En los inicios, se usaban los láseres de CD con una longitud de onda de 780 nm, estando en el rango infrarrojo. Para los DVD, la longitud de onda fue reducida a 650 nm (color rojo), y la longitud de onda para el Blu-ray fue reducida a 405 nm (color violeta). Se usan dos servomecanismos principales, el primero para mantener una distancia correcta entre el lente y el disco, y para asegurar que el haz de láser es enfocado en un punto de láser pequeño en el disco. El segundo servo mueve un cabezal a lo largo del radio del disco, manteniendo el haz sobre una estría, un camino de datos en espiral continuo. En los medios de solo lectura (ROM, read only media), durante el proceso de fabricación la estría, hecha de surcos (pits), es presionada sobre una superficie plana, llamada área (land). Debido a que la profundidad de los surcos es aproximadamente la cuarta o sexta parte de la longitud de onda del láser, la fase del haz reflejado cambia en relación al haz entrante de lectura, causando una interferencia destructiva mutua y reduciendo la intensidad del haz reflejado. Esto es detectado por fotodiodos que emiten señales eléctricas.

8 1.3 ALMACENAMIENTO ÓPTICO Una grabadora codifica (graba, quema) datos en un disco CD-R, DVD-R, DVD+R, o BD-R grabable (llamado virgen o en blanco), calentando selectivamente partes de una capa de tinte orgánico con un láser. Esto cambia la reflexividad del tinte, creando así marcas que pueden ser leídas como los surcos y áreas en discos planchados. Para los discos grabables, el proceso es permanente y los medios pueden ser escritos una sola vez. Si bien el láser lector habitualmente no es más fuerte que 5 mW, el láser grabador es considerablemente más poderoso. A mayor velocidad de grabación, menor es el tiempo que el láser debe calentar un punto en el medio, entonces su poder tiene que aumentar proporcionalmente. Los láseres de las grabadoras de DVD a menudo alcanzan picos de alrededor de 100 mW en ondas continuas, y 225 mW de impulsos. Para medios regrabables como CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, o BD-RE, el láser es usado para derretir una aleación de metal cristalina en la capa de grabación del disco. Dependiendo de la cantidad de energía aplicada, la sustancia puede volver a adoptar su forma cristalina original o quedar en una forma amorfa, permitiendo que sean creadas marcas de reflexividad variante.

9 1.3 ALMACENAMIENTO ÓPTICO Los medios de doble cara pueden ser usados, pero no son de fácil acceso con una unidad estándar, ya que deben ser volteados físicamente para acceder a los datos en la otra cara. Los medios de doble capa (DL, double layer) tienen dos capas de datos independientes separadas por una capa semireflexiva. Ambas capas son accesibles por el mismo lado, pero necesitan que la óptica cambie el foco del láser. Los medios grabables tradicionales de una capa (SL, single layer) son producidos con una estría en espiral moldeada en la capa proyectiva de policarbonato (no en la capa de grabación de datos), para dirigir y sincronizar la velocidad del cabezal grabador. Los medios grabables de doble capa tiene: una primera capa de policarbonato con una estría (superficial), una primera capa de datos, una capa semireflexiva, una segunda capa de policarbonato (de espaciado) con otra estría (profunda), y una segunda capa de datos. La primera estría en espiral habitualmente comienza sobre el borde interior y se extiende hacia fuera, mientras que la segunda estría comienza en el borde exterior y se extiende hacia dentro. Algunas unidades tienen soporte para la tecnología de impresión foto térmica LightScribe de Hewlett-Packard que permite etiquetar discos recubiertos especialmente.

10 1.4 ALMACENAMIENTO DE SEMICONDUCTORES La memoria flash —derivada de la memoria EEPROM— permite la lectura y escritura de múltiples posiciones de memoria en la misma operación. Gracias a ello, la tecnología flash, siempre mediante impulsos eléctricos, permite velocidades de funcionamiento muy superiores frente a la tecnología EEPROM primigenia, que sólo permitía actuar sobre una única celda de memoria en cada operación de programación. Se trata de la tecnología empleada en los dispositivos denominados memoria USB. Una unidad de estado sólido o SSD (acrónimo en inglés de solid-state drive) es un dispositivo de almacenamiento de datos que usa una memoria no volátil, como la memoria flash, para almacenar datos, en lugar de los platos giratorios magnéticos encontrados en los discos duros convencionales. En comparación con los discos duros tradicionales, las unidades de estado sólido son menos sensibles a los golpes, son prácticamente inaudibles y tienen un menor tiempo de acceso y de latencia. Las SSD hacen uso de la misma interfaz que los discos duros por lo que son fácilmente intercambiables sin tener que recurrir a adaptadores o tarjetas de expansión para compatibilizarlos con el equipo.

11 1.5 COSTO DEL ALMACENAMIENTO Puede establecerse en principio como la relación que existe entre el costo del dispositivo dividido por su capacidad, aunque intervienen diversos factores, tales como la volatilidad de la información, la longevidad de la misma, así como la velocidad de recuperación y procesamiento. Por volatilidad entenderemos la frecuencia con nuevos datos son generados. La longevidad de los datos se refiere a su ciclo de vida útil. La velocidad de recuperación y procesamiento es un factor clave y está determinado por las características del dispositivo de almacenamiento que se emplee.