Unidades de Almacenamiento: Discos Duros y Medios Ópticos Taller de Mantenimiento 1 Prof. Sebastián de los Angeles Unidades de Almacenamiento: Discos Duros y Medios Ópticos

Medios de Almacenamiento Los Medios de Almacenamiento son componentes fundamentales dentro del hardware de la computadora. Hoy en día una computadora no es utilizable sin alguna forma de los mismos. Proporcionan: Almacenamiento para el S.O. Almacenamiento para la memoria de intercambio Almacenamiento para archivos y programas generados por el usuario.

Espacio de Almacenamiento Tradicionalmente, la capacidad de un medio de almacenamiento se mide en una unidad llamada byte. Pero no es la única unidad de almacenamiento usada, ya que diferentes circunstancias provocan que medir la cantidad de información de otras formas resulte más práctico.

Bits y Bytes Se denomina Byte (B) al espacio necesario para almacenar en memoria el código binario correspondiente a un (1) carácter o símbolo. Un Bit (b), por otra parte, es el nombre que recibe cada uno de los dígitos binarios que forman el código binario de un byte.

Bits y Bytes Mientras que los bytes se han transformado en la unidad estándar para medir la capacidad de un medio de almacenamiento o el tamaño de una fracción de información, el bit se mantiene en uso corriente principalmente para expresar velocidades de transferencia dentro de una red de computadoras, las cuales suelen medirse mediante en megabits por segundo (Mbps).

Bits y Bytes Hoy en día el estándar internacional especifica que un (1) byte esta compuesto por ocho (8) bits. Lo que permite que un byte tenga 256 valores posibles. 1 1 1 1 M Según la tabla de equivalencia ASCII, existen otras formas de definir los caracteres

Bits y Bytes Esto no siempre fue así. Las primeras computadoras utilizaban 4 bits y 6 bits para definir un carácter, que luego se expandió a 7 bits (1963) para finalmente llegar a los 8 bits actuales en 1970. La palabra “byte” fue acuñada en 1956 por el ingeniero Werner Buchholz mientras colaboraba en el desarrollo de la IBM Stretch, la primera supercomputadora transistorizada de IBM, mientras que la palabra “bit” es una contracción de las palabras “binary digit” (dígito binario).

Múltiplos del Byte Los múltiplos del Byte suelen calcularse de a grupos de 1024 unidades (1024 = 210 ) Unidad Tamaño Nibble 4 bits = 0,5 Bytes Byte (B) 8 bits = 1 Byte Kilobyte (KB) 1024 Bytes = 8192 bits Megabyte (MB) 1024 KB = 1.048.576 B Gigabyte (GB) 1024 MB = 1.048576 KB = 1.073.741.824 B Terabyte (TB) 1024 GB Petabyte (PB) 1024 TB Exabyte (EB) 1024 PB Zettabyte (ZB) 1024 EB Se calcula que en el 2007 la capacidad de almacenamiento digital de la humanidad era alrededor de 1300 exabytes.

Diferencias de aplicación de los estándares Los fabricantes de hardware no aplican el estándar mencionado al fabricar los dispositivos, sino que utilizan potencias de 10 (con lo que se ahorra dinero en el proceso de fabricación) Esto resulta en que estos tienen bastante menos capacidad que lo que dice la etiqueta al examinarlos con el SO.

Otras unidades Word o Palabra: se refiere al tamaño del bloque de bits que manipula el procesador en cada operación. En la arquitectura X86-32, la palabra tiene 16 bits. Otras arquitecturas usan palabras de 8, 24, 32, 36, 56, 64 o 80 bits de largo y también otros tamaños de palabra. Block: un block es la cantidad de palabras que entran en la memoria caché, depende de la computadora. Page o Página: Se refiere a un conjunto de blocks de memoria de un tamaño determinado. Se usa para medir el espacio de memoria RAM ocupado por un programa en ejecución y las transferencias de información entre la memoria física y la memoria virtual

Discos Duros Son los principales dispositivos de almacenamiento de una computadora común. Se basan en un tambor magnético giratorio donde se graba la información mediante la magnetización de una pequeña zona y se leen mediante inducción electromagnética. Los datos son escritos y leídos en este tambor mediante uno o más brazos que recorren su superficie.

Breve Reseña Histórica Los primeros Discos Duros eran dispositivos externos que en un comienzo eran considerados como accesorios, ya que los datos no solían almacenarse sino que se imprimían de forma inmediata. Uno de los primeros discos duros, el IBM 350, de 1956, pesaba más de una tonelada y era del tamaño de una heladera grande (152 cm de largo, 74 de ancho y 172 de alto). Podía almacenar 3,75 MB mediante 50 discos de 61 cm de diámetro. La computadora a la que se conectaba este disco duro (la IBM 350 RAMAC) se alquilaba por U$S 3200 al mes. Aparentemente, la IBM podría haber aumentado su capacidad a 5 MB o más, pero no sabían a quién podrían venderle tanta capacidad de almacenamiento.

Breve Reseña Histórica Un almacenamiento permanente no se hizo necesario en las computadoras de menor porte sino hasta fines de la década de los 80’s con la popularización de la PC. Disco Duro ST-506:Fue el primer disco duro de 5,25 pulgadas en salir al mercado. Costaba U$S 1500 Fue desarrollado por Seagate y podía almacenar hasta 5MB. Fue el disco duro elegido por IBM para algunos de sus primeros modelos de PC. Utilizaba tres cables: uno de alimentación (tipo molex) y dos para control y transferencia de datos. Si bien resulto en un gran avance, el diseño era muy complicado y se buscaron nuevas alternativas, lo cual resulto en el desarrollo de los estándares SCSI y PATA.

Disco Duro de 5,25 pulgadas sin su cubierta protectora Disco Duro de 5,25 pulgadas sin su cubierta protectora. Este tamaño de disco es el que usan las PCs actuales y que se ha mantenido desde que surgió el concepto de PC

El diseño general de los discos duros no ha cambiado demasiado. Sus principales componentes siguen siendo el disco magnético y el brazo lector/escritor. Tambor magnético giratorio Brazo lector/escritor

Medios Ópticos Los medios ópticos se basan en la tecnología originada con los Discos Compactos (CDs) los cuales a su vez se basan en la tecnología de los Discos Laser (LD)

Lente emisora/captora de una lectora de discos ópticos Estos medios se basan en un lector que dirige un haz de luz laser hacia un disco óptico formado por una espiral trazada sobre una superficie reflectiva, cuyas vueltas son llamadas surcos. Lente emisora/captora de una lectora de discos ópticos

Los discos están formados por varias capas: Capa de policarbonato donde está grabado el trazo espiral con los datos. Capa de aluminio que proporciona la reflexión.

Los datos están grabados en forma de valles y fosos a lo largo de los surcos que reflejan la luz laser de forma diferente, la cual puede interpretarse fácilmente como bits. Lográndose así la lectura de datos desde el disco.

CD, DVD y Blu-RAY No existen grandes diferencias en la tecnología de lectura/escritura del CD, del DVD y del Blu-Ray. Lo que ha permitido aumentar la capacidad de los discos ópticos es la mayor precisión de esa misma tecnología que ha permitido tener una mayor cantidad de surcos en el mismo espacio.

Conexión a la Placa Madre Un medio de almacenamiento debe estar conectado de alguna forma a la placa madre para que pueda ser utilizado por el SO. Existen diversos estándares de conectividad para estos dispositivos. Como ya vimos los primeros discos duros eran dispositivos externos y se conectaban mediante cables a la computadora.

Estándar SCSI (Small Computer System Interface) Entre las primeras formas de conectar un disco duro (y otros dispositivos) que aún esta en uso, estuvo este este estándar muy usado por las primeras computadoras de Apple. Este estándar no solo sirve para conectar discos duros sino que permite intercambiar datos entre computadoras. A lo largo del tiempo, el estándar fue avanzando en sus velocidades de transferencia de datos, en 1986 transmitía a 5 MB/s, pero su versión más actual (2003) transmite datos a 640 MB/s. El estándar en sí esta pasando a ser obsoleto, con muchas compañías dejando de producir productos SCSI debido a la popularidad de los estándares USB , Firewire y eSata. Muchos SO’s modernos ya no incluyen controladores para dispositivos SCSI.

Estándar Parallel ATA Es uno de los estándares más populares y que sólo recientemente esta siendo suplantado por el estándar SATA, debido a que es muy económico de manufacturar. Se origina en varios estándares que existían para las computadoras AT: AT Attachment (ATA) ATAPI (AT Attachment Packet Interface) IDE (Integrated Drive Electronics), este último desarrollado por la compañía Western Digital. Conectores PATA en una motherboard

Controlador de disquetes en una PC 80386 de 1992 Estándar Parallel ATA Está estrechamente relacionado con el estándar SCSI, ya que de hecho comparte los mismos comandos, con pequeñas diferencias en la forma de transmitir los datos. Originalmente las placas madre no traían conectores propios ni para disquetes ni para discos duros, estos se conectaban a tarjetas de expansión llamadas controladores de disco. Controlador de disquetes en una PC 80386 de 1992

Estas tarjetas se encargaban tanto de transferir los datos como de controlar el movimiento del disco duro o disquete y fueron muy usadas en las primeras PCs de IBM Cable de datos Cable de control Controlador de disco Disco duro ST-506 y su correspondiente Controlador de disco

Estándar Parallel ATA El estándar IDE desarrollado por Western Digital facilitó la tarea de diseñar estas tarjetas, ya que el controlador del disco duro (la parte electrónica encargada de dirigir el funcionamiento del disco duro) estaba integrado en el mismo disco duro. De esta manera, la función de las tarjetas para conectar los discos duros era poco más que la de actuar como un adaptador entre el cable de datos ATA y el puerto ISA, ya que su forma de manejar los datos es esencialmente la misma. No pasó mucho tiempo hasta que las placas madres comenzaron a incorporar conectores IDE en su estructura, eliminando la necesidad de usar estas tarjetas y haciendo más directa la transferencia de datos.

Conectores para lectoras de CD-ROM Estándar Parallel ATA Esto se aplicó principalmente a los discos duros, cuyos fabricantes se adaptaron más rápidamente al nuevo estándar. Las lectoras de CD-ROM, que era una tecnología todavía muy reciente, tardaron algo más en adaptarse y durante un tiempo las tarjetas de sonido venían con conectores para las diferentes lectoras disponibles en el mercado. Conectores para lectoras de CD-ROM

Estándar Parallel ATA La característica más visible del estándar PATA es el cable característico que conecta los dispositivos a la placa madre: la “cinta” de 40 ó 80 cables. Las cintas de 40 cables se utilizaron hasta que los avances en la velocidad de transferencia de datos (y la mayor cantidad de corriente circulando por esos cables) hizo que esos cables fueran propensos a generar interferencias entre si. Los 40 cables extra de las cintas de 80 cables son para blindaje entre cable y cable y están conectados a tierra.

Estándar Parallel ATA Otra característica importante es la capacidad de conectar dos dispositivos con el mismo cable. Para evitar conflictos, se debe configurar los dispositivos para que se “identifiquen” correctamente.

Estándar Parallel ATA Esto se logra mediante un “jumper”: un par de pines de configuración en la parte trasera de los dispositivos que debían ser puenteados. Hay tres configuraciones posibles: MASTER (Maestro) SLAVE (Esclavo) CABLE SELECT: en este caso es el cable el que “decide” cuál unidad es MASTER y cuál es SLAVE. Esto se logra gracias al pin 28 del cable, siendo la unidad en la punta del cable el SLAVE y la que está en el medio el MASTER

Estándar Serial ATA Durante toda la década de los 90’s el estándar PATA fue el estándar usado por las PCs para conectar las unidades de almacenamiento. Pero PATA tenía limitaciones considerables. 133 MB/s de transferencia 137 GB como capacidad máxima de almacenamiento. Los dispositivos no podían desconectarse de la computadora mientras esta estuviera en funcionamiento (deficiencia muy importante en un servidor, que debe estar encendido siempre)

Estándar Serial ATA En el 2003 surgió el estándar Serial ATA, cuya primer versión permitía 150 MB/s de transferencia, las unidades se podían desconectar sin apagar la computadora y cables mucho más económicos (7 cables contra los 80 del PATA)

Estándar Serial ATA SATA muy pronto se impuso como el siguiente estándar de conexión para las unidades de almacenamiento internas y en rápidas revisiones del mismo aumentó rápidamente su capacidad de transferencia de datos. Revisión de SATA Tasa de Transferencia 1.0 150 MB/s 2.0 300 MB/s 3.0 600 MB/s 3.2 2 GB/s