Principios de almacenamiento magnético Alfredo López López Periféricos e Interfaces Ingeniería en Informática Curso 2008-2009 Principios del almacenamiento magnético Principios de almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Estructura del tema ● Almacenamiento magnético ● Historia del almacenamiento magnético ● Uso de campos magnéticos para almacenar datos ● Diseño de las cabezas de lectura y escritura ● Esquemas de codificación de datos ● Decodificadores de respuesta parcial y máxima probabilidad ● Medidas de capacidad ● Densidad de área Principios del almacenamiento magnético Principios de almacenamiento magnético

Almacenamiento magnético ● El almacenamiento de datos de forma permanente ó semipermanente, funciona tanto bajo principios ópticos como magnéticos, y en algunos casos, una combinación de ambos. - En el caso del almacenamiento magnético ● El principio se basa en la capacidad de algunos materiales de modificar y mantener un alineamiento del campo magnético de sus partículas en presencia de campos magnéticos de mayor potencia. Principios del almacenamiento magnético Principios de almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Estructura del tema ● Almacenamiento magnético ● Historia del almacenamiento magnético ● Uso de campos magnéticos para almacenar datos ● Diseño de las cabezas de lectura y escritura ● Esquemas de codificación de datos ● Decodificadores de respuesta parcial y máxima probabilidad ● Medidas de capacidad ● Densidad de área Principios del almacenamiento magnético Principios de almacenamiento magnético

Historia del almacenamiento magnético ● A lo largo de la historia, se ha buscado el camino para encontrar el sistema más pequeño físicamente y con más capacidad para almacenar datos y tratarlos rápidamente. ● Herman Hollerith (1860-1929), inventó la máquina tabuladora, a partir de la idea de utilizar tarjetas perforadas. ● Posteriormente, esta máquina evolucionó y pudo hacer operaciones matemáticas. Fue el principio de IBM, allá por 1924. Principios del almacenamiento magnético

Historia del almacenamiento magnético ● Tarjeta perforada: El sistema de perforación está basado en el sistema binario. La máquina lee y va procesando información, si detecta una perforación, se supone que es un 1, y si no, un 0. Principios del almacenamiento magnético

Historia del almacenamiento magnético ● Sistemas magnéticos - La historia del almacenamiento magnético, se remonta a 1949, cuando un grupo ingenieros y científicos de IBM, empezaron a desarrollar un nuevo dispositivo de almacenamiento, que revolucionaria la industria. - En 1952, IBM anunció su primer dispositivo de almacenamiento magnético, la IBM 726 que fue la primera cinta magnética, junto con la IBM 701, que fue el primer computador para aplicaciones científicas. Principios del almacenamiento magnético

Historia del almacenamiento magnético IBM 726 IBM 701 Principios del almacenamiento magnético

Historia del almacenamiento magnético ● En 1956, IBM presentaron el primer sistema de disco magnético, 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Usó 50 discos de metal de 24 pulgadas con 100 pistas por lado. Podía guardar 5 megabytes de datos y con un costo de 10.000 dólares por mb. ● Su utilización permitía almacenar y recuperar datos de forma más rápida que si se hiciese en una cinta magnética. Principios del almacenamiento magnético

Historia del almacenamiento magnético 305 RAMAC Principios del almacenamiento magnético

Historia del almacenamiento magnético ● Cintas Perforadas: Al igual que las tarjetas, también fueron concebidas para los telares mecánicos, en la computación fueron usados para la entrada y salida de datos, cada fila de la cinta representaba un carácter. - Era un sistema más fiable y cómodo. Principios del almacenamiento magnético

Historia del almacenamiento magnético ● Disco Duro: es un dispositivo de almacenamiento no volátil, es decir conserva la información que le ha sido almacenada de forma correcta aun con la perdida de energía. - Algo también importante además de su capacidad para almacenar información es la velocidad de transferencia en rangos que van de 1.5 Gb/s a 3 Gb/s, con respecto a la velocidad de giro van en rangos desde 5.400 a 15.000 rpm (revoluciones por minuto). Principios del almacenamiento magnético

Historia del almacenamiento magnético ● Disco flexible: Surgieron a finales de los años 60. A simple vista es una pieza cuadrada de plástico, en cuyo interior se encuentra el disco. Es un disco circular flexible y magnético, bastante frágil. ● Otros dispositivos magnéticos: - Discos de 5 ¼’’ - Discos de 8’’ - Discos zip y jazz Principios del almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Estructura del tema ● Almacenamiento magnético ● Historia del almacenamiento magnético ● Uso de campos magnéticos para almacenar datos ● Diseño de las cabezas de lectura y escritura ● Esquemas de codificación de datos ● Decodificadores de respuesta parcial y máxima probabilidad ● Medidas de capacidad ● Densidad de área Principios del almacenamiento magnético

Uso de campos magnéticos para almacenar datos ● El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual, que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada inducción magnética. ● Electromagnetismo: es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday. Principios del almacenamiento magnético

Uso de campos magnéticos para almacenar datos ● La Ley de Faraday establece que la corriente inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que lo atraviesa. Principios del almacenamiento magnético

Uso de campos magnéticos para almacenar datos Principios del almacenamiento magnético

Uso de campos magnéticos para almacenar datos ● Ferromagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. - Sustancias más conocidas son, Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni). - Dividido en dominios - Importante: Las sustancias ferromagnéticas permanecen magnetizadas incluso cuando desaparece el campo. Principios del almacenamiento magnético

Uso de campos magnéticos para almacenar datos - Relación entre magnetización del material y el campo magnético externo: - Si sube el campo magnético, sube la magnetización. - Si el campo magnético baja, la magnetización baja, pero menos de lo que sube. - Si el campo magnético llega a cero, queda algo de magnetización: Remanencia. - Llega a desaparecer si se aplica el campo magnético en sentido contrario: Coercitividad. - Si representamos el valor del campo magnético en función del valor de la corriente que circula, tenemos el llamado ciclo de histéresis Principios del almacenamiento magnético

Uso de campos magnéticos para almacenar datos Principios del almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Estructura del tema ● Almacenamiento magnético ● Historia del almacenamiento magnético ● Uso de campos magnéticos para almacenar datos ● Diseño de las cabezas de lectura y escritura ● Esquemas de codificación de datos ● Decodificadores de respuesta parcial y máxima probabilidad ● Medidas de capacidad ● Densidad de área Principios del almacenamiento magnético

Diseño de las cabezas de lectura y escritura ● Usualmente se tiene una cabeza de lectura/escritura por cada lado de plato, y estas están conectadas a un solo mecanismo de movimiento, por lo tanto, se mueven por el plato al unísono Principios del almacenamiento magnético

Diseño de las cabezas de lectura y escritura Principios del almacenamiento magnético

Diseño de las cabezas de lectura y escritura ● Las cabezas son el componente mas costoso de un disco duro, y sus características ejercen gran impacto en el diseño y rendimiento del disco duro. No obstante su alto costo, mantienen un diseño básico y un objetivo relativamente simple. - Una cabeza es una pieza de material magnético, cuya forma es parecida a una letra "C" con una pequeña abertura (gap). Una bobina de alambre se enrolla en este núcleo para construir un electromagneto. Principios del almacenamiento magnético

Diseño de las cabezas de lectura y escritura - Para la escritura en el disco, la corriente que circula por la bobina crea un campo magnético a través del gap, el cual magnetiza la cubierta del disco bajo la cabeza. Para leer desde el disco, la cabeza detecta un pulso de corriente electrónica que corre por la bobina cuando la abertura pasa por arriba de una reversión de flujo en el disco. ● Tipos de cabezas de lectura/escritura. -     Ferrito. -     Metal en abertura. -    Película delgada. -     Resistencia magnética. Principios del almacenamiento magnético

Diseño de las cabezas de lectura y escritura ● Ferrito : Es el tipo tradicional en el diseño de cabezas magnéticas. Estas cabezas tienen un recubrimiento de óxido ferroso envuelto en bobinas electromagnéticas. Se produce un campo magnético al energizar las bobinas. ● Metal en abertura : Son básicamente una versión extendida del diseño de las cabezas de ferrito. En estas, una sustancia metálica es rociada en la abertura de grabación en la esquina guía de la cabeza. Este material ofrece mayor resistencia a la saturación magnética, permitiendo mayores densidades de grabación. Principios del almacenamiento magnético

Diseño de las cabezas de lectura y escritura ● Película delgada : Tienen un recubrimiento que es una combinación de Fe y Ni, éste material encierra la abertura de la cabeza, minimizando el riesgo de daño por hacer contacto con el medio magnético. ● Resistencia magnética : Estas son relativamente una tecnología nueva, hoy en día son un diseño superior. Actualmente las unidades de 3½ de más de 1 Gb usan cabezas de resistencia magnética. Principios del almacenamiento magnético

Diseño de las cabezas de lectura y escritura - Por lo que se refiere al brazo del actuador, tan sólo se trata de una palanca metálica en cuyo extremo se encuentran las cabezas magnéticas, sostenidas con un resorte que las impulsa fuertemente contra la superficie de los platos. - Todas las cabezas están fijas en el brazo del actuador, por lo que si una de ellas se desplaza todas las demás cabezas efectúan exactamente el mismo movimiento. - Es por esta razón que en discos duros no se habla de “tracks”, sino de "cilindros", ya que todas las cabezas leyendo al mismo tiempo una determinada posición nos remiten precisamente a dicha forma. Principios del almacenamiento magnético

Diseño de las cabezas de lectura y escritura Principios del almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Estructura del tema ● Almacenamiento magnético ● Historia del almacenamiento magnético ● Uso de campos magnéticos para almacenar datos ● Diseño de las cabezas de lectura y escritura ● Esquemas de codificación de datos ● Decodificadores de respuesta parcial y máxima probabilidad ● Medidas de capacidad ● Densidad de área Principios del almacenamiento magnético

Esquemas de codificación de datos - Esquemas de codificación empleados en el almacenamiento de datos en los discos duros y otros sistemas magnéticos. Sirve para codificar datos en pulsos magnéticos. ● Código FM: Un controlador de FM (Frecuency Modulation) interpreta un pulso de la cabeza del disco como un 1 binario y la falta o ausencia como un 0. - En la codificación FM, se tiene un Clock Bit y un Data Bit por cada celda. - Para escribir, cuando haya un 1, se pondrá un Clock Bit y un Data Bit, en cambio si es 0, será un Clock Bit. Principios del almacenamiento magnético

Esquemas de codificación de datos ● Código MFM: El código MFM (Modified Frecuency Modulation) se deriva del código FM, en donde se han eliminado los impulsos de reloj innecesarios. - Las propiedades de este código son parecidas a las del FM, pero permite tener una densidad de grabación doble. Este código es muy utilizado en la grabación de los disquetes de doble densidad. - Se escribe un único Clock Bit, si el anterior y el siguiente son 0. - Para escribir, no se tiene en cuenta solo el bit actual, sino también el anterior. Principios del almacenamiento magnético

Esquemas de codificación de datos Principios del almacenamiento magnético

Esquemas de codificación de datos ● Codificación RLL: Permite tiempos de accesos más veloces y aumenta la capacidad de almacenamiento de una unidad con respecto al sistema MFM. Se calcula que RLL almacena un 50% más de datos por disco que el MFM, pero necesita más tiempo de procesamiento. También la circuitería lógica es más complicada que la MFM. Principios del almacenamiento magnético

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Decodificadores de respuesta parcial y máxima probabilidad ● Debido en gran parte al uso de las cabezas MR acopladas con canales de lectura PRML (Partial-Response, Maximum-Likehood, técnica de codificación y almacenamiento de datos), utilizando un solo plato de almacenamiento, un disco de 1 GB o de más capacidad fuese realidad. - Esta tecnología permite aumentar la cantidad de datos almacenados en un disco fuente hasta en un 40%. - El controlador analiza la secuencia de datos de la señal analógica que recibe, utilizando la señal digital de muestreo, tratamiento y detección de algoritmos y predice la secuencia de bits de datos con más probabilidades de ser representado. Principios del almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Estructura del tema ● Almacenamiento magnético ● Historia del almacenamiento magnético ● Uso de campos magnéticos para almacenar datos ● Diseño de las cabezas de lectura y escritura ● Esquemas de codificación de datos ● Decodificadores de respuesta parcial y máxima probabilidad ● Medidas de capacidad ● Densidad de área Principios del almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Medidas de Capacidad ● Los prefijos usados para medidas de byte normalmente son los mismos que los prefijos del SI utilizados para otras medidas, pero tienen valores ligeramente distintos. - Para prefijos para medidas de byte, se utilizan para múltiplos en base 2. - Para prefijos del SI, se utilizan múltiplos en base 10. - En diciembre de 1998, CEI (Comisión Electrotécnica Internacional), creo una serie de prefijos nuevos, basándose en la primera sílaba de cada prefijo del SI y añadiéndoles un sufijo “bi” (binario). - De esta forma, se evitaban confusiones, ya que los prefijos del SI siempre tendrán los valores de potencias de 10 y nunca deberán ser usados como potencias de 2 . Principios del almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Medidas de Capacidad Principios del almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Estructura del tema ● Almacenamiento magnético ● Historia del almacenamiento magnético ● Uso de campos magnéticos para almacenar datos ● Diseño de las cabezas de lectura y escritura ● Esquemas de codificación de datos ● Decodificadores de respuesta parcial y máxima probabilidad ● Medidas de capacidad ● Densidad de área Principios del almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Densidad de área ● La densidad de área: es la capacidad de almacenar más datos en menos espacio. - Empiezan a aparecer las primeras unidades de disco diseñadas con la tecnología de grabación magnética perpendicular (PMR). Principios del almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Densidad de área ● La grabación magnética perpendicular consiste en la alineación vertical de los bits de datos en la superficie del disco, lo cual ocupa menos espacio que la orientación horizontal propia de la tecnología actual de grabación longitudinal. - Para poder ser grabados y leídos con precisión, los bits perpendiculares requieren una asociación más cercana entre los cabezales de lectura/escritura y el medio de grabación, debido a que están más juntos que los bits horizontales. Principios del almacenamiento magnético

Principios del almacenamiento magnético Densidad de área Principios del almacenamiento magnético

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