A lo largo de la historia, incluso desde
tiempos en los que no existía la electricidad,
el hombre
siempre ha querido simplificar su modo de vida, por esta
razón los grandes pensadores de todos los tiempos, han
dedicado gran parte de su vida a desarrollar teorías
matemáticas para construir máquinas
que simplifiquen las tareas de la vida diaria.
El verdadero auge de estas ideas comienza en la
época de la revolución
industrial con la aparición de la máquina de
tejer, y muchas otras maquinarias. Luego se comienza a necesitar
realizar cálculos muy grandes, que eran difíciles
de realizar por el hombre, ya que
tomaba años terminar un cálculo.
Entonces comienzan a crear las computadoras,
con ellas se realizaban las tareas matemáticas de manera
más rápida y segura.
Sin embargo no era suficiente, por naturaleza se
tiende a buscar mas rapidez, y es cuando comienza la
técnica de "miniaturización" que cada día se
perfecciona mas; con este método se
logra hacer procesadores mas
rápidos por circuitos mas
pequeños, de igual manera se logra tener capacidades de
almacenamiento
abismales en espacios físicos muy pequeños,
la ciencia de
la computación se encuentra en su mejor
momento.
Daniel Rosquete
Valencia, 14 de Febrero de 2005
El documento que se está presentando tiene como
única finalidad expresar y hacer ver como a lo largo de
los años y de los tiempos los dispositivos de
almacenamiento computarizados han logrado evolucionar y tener
actualmente capacidades que no eran pensables hace 20 años
atrás.
Prueba de la rapidez del avance informático, es
tangible con cosas tan fáciles de encontrar como un
artículo de revista de
computación, páginas de Internet de años
anteriores que no se hayan actualizado, libros
antiguos de computación, entre otras.
Tomando cualquiera de estos documentos
podemos notar que las proyecciones, fechas pautadas, capacidad de
disco duros estipuladas para años siguientes se quedan
cortas.
La tecnología avanza a
pasos inmensos frente a nuestros ojos, día a día y
los requerimientos de las grandes empresas, son
cada vez mayores, inclusive la exigencia de los consumidores por
ejemplo de juegos de
video cada vez
son mayores, lo que ocasiona que los procesadores tengan que ser
mas rápidos, y las capacidades deben ser proporcionalmente
grandes a la velocidad del
procesador.
Finalmente este trabajo
documental resaltará la historia de los dispositivos de
almacenamiento en las computadoras personales, la forma en las
que funcionaron y funcionan los actuales y la importancia que
tiene la evolución de los mismos. El orden que
tendrá a lo largo del documento será
cronológico.
Los inicios de las unidades de
almacenamiento de datos, comenzaron
con las tarjetas
perforadas, unidades por cierto poco cómodas, ya que
había que recordar el orden de las mismas, (ya que si este
se perdía no había forma de recuperar el programa) estas
tarjetas se insertaban en una gran máquina de
procesamiento de manera secuencial, donde quedaba el programa
alojado en memoria y listo
para ser probado. La forma de lectura era
semejante al sistema de
lectura braile, la computadora
leía por agujeros en las tarjetas. Vale destacar que en
ocasiones y dependiendo de la complejidad del programa
podía ocupar cerca de 200 tarjetas que había que
colocar una por una dentro de la máquina, y al apagar la
máquina todos esos datos se perdían.
Años mas tarde debido a la necesidad de llevar un
orden en estas tarjetas y de no tener que perder tanto tiempo
introduciendo una por una, se crea la cinta de tarjetas
perforadas, mejor conocida como cinta perforada, y de esta manera
se hace muchísimo mas fácil la portabilidad de este
sistema. No pasó mucho tiempo cuando se descubre la nueva
tecnología de las cintas magnéticas y se comienza a
aplicar en el almacenamiento de datos para computadores ya que
las mismas consistían básicamente en espacios de
cinta cubierta de óxido ferroso, donde se colocaba
positivo o negativo, dependiendo del caso, el principio era tener
una serie de imanes entrelazados en una cinta a los cuales les
podías cambiar la polaridad y esto hacía que se
trabajara bajo el mismo principio de las cintas perforadas pero
sin necesidad de tener orificios, sólo trabajándola
por ondas
magnéticas, esto se lograba con el componente ferroso que
se colocaba sobre la cinta; Para asegurar esos datos se crearon
distintas formas que a la larga comenzaron a ser obsoletas, ya
que el tamaño que tenían estas cintas era demasiado
grande.
Entonces, se crean los discos magnéticos
rígidos, estos discos fueron los inicios de los disco
duros, la idea era construir unas unidades en las que los datos
permanecieran permanentemente en la computadora
sin perderse cuando la misma se apagara, además de
poder
movilizar los datos de manera mas rápida, por otro lado
también quería eliminarse los costos de los
grandes carretes y de cinta que ocasionaba tener los dispositivos
magnéticos. Efectivamente se logra crear estas unidades
pero las cintas no estaban del todo eliminadas, así que se
ven en la necesidad nuevamente de innovar, creando así los
discos magnéticos removibles, conocidos como Diskettes,
inicialmente se crearon de tamaño 5 ¼" que en su
momento fue maravilloso poder contar con un avance tan
pequeño, donde pudiese almacenarse tanta información como lo eran cerca de 500Kb
inicialmente.
Pero, la tecnología existente en cuanto al resto de la
computadora se quedó muy pequeña al lado de la
creación de estos grandes dispositivos de almacenamiento y
se comienza a desarrollar todos los demás dispositivos que
conforman al computador,
como lo son, CPU, tarjeta madre,
memoria RAM de
mayor capacidad, entre otras, a raíz de esto todas las
empresas diseñadoras de estos equipos comienzan a utilizar
la técnica de Miniaturización, cuya creación
se le atribuye a los asiáticos; Para poder hacer
computadoras personales, ya que hasta el momento solo se les daba
uso en grandes empresas.
Cuando comienzan a venderse los computadores personales los
interesados en el área comenzaron a estudiar el como
manejar estos equipos, programar, crear nuevas aplicaciones,
entre otras. Y un grupo de estas
personas se interesó en desarrollar simulaciones, juegos,
y ambientes visuales para el computador, como consecuencia de
esto, tanto los procesadores como dispositivos de almacenamiento
empezaron a quedarse cortos para todos los recursos que
consumían estos juegos y nuevas aplicaciones visuales. De
igual manera empezó a ser de urgencia poder transportar
todo este software de un computador a
otro, ya que se presentaba el mismo problema de las tarjetas
perforadas, hacía falta cerca de 5 diskettes para poder
grabar un software bien hecho. Así que desarrollan los
discos de 3 ½" y las nuevas computadoras salen al mercado con estas
nuevas unidades, capaces de almacenar hasta 1.44 Mb sosteniendo
el mismo principio de los discos de 5 ¼ " pero con una
densidad de
"pequeños imanes" mayor en un espacio menor.
Un detalle importante y curioso que tuvo el desarrollo de
los discos duros
fue que en sus inicios algunas tarjetas madres no traían
conexiones posibles directas para los disco duros, así que
había que comprar una tarjeta SCSI con conexiones para las
unidades, ya que no era solo el disco duro el
afectado, también las unidades disqueteras se
veían desconectadas de la tarjeta madre. Esto se hizo ya
que abarataba el costo de la
tarjeta madre y para algunas empresas podría ser funcional
comprar 10 equipos de este tipo y 2 tarjetas SCSI que se fueran
rotando conforme las personas terminaran algún
trabajo.
Pese a que la evolución de los discos duros está
inmersa con la creación de los dispositivos
magnéticos de almacenamiento, es preferible considerarlo
en un punto aparte ya que su estructura
compleja amerita utilizar un espacio reservado para
él.
Siempre han tenido el mismo principio de desarrollo, que
consiste en que los discos duros se presentan recubiertos de una
capa magnética delgada, habitualmente de óxido
de
hierro, y se dividen en unos
círculos concéntricos cilindros (coincidentes con
las pistas de los disquetes), que empiezan en la parte exterior
del disco (primer cilindro) y terminan en la parte interior
(último).
Asimismo estos cilindros se dividen en sectores, cuyo
número esta determinado por el tipo de disco y su formato,
siendo todos ellos de un tamaño fijo en cualquier disco.
Cilindros como sectores se identifican con una serie de
números que se les asignan, empezando por el 1, pues el
numero 0 de cada cilindro se reserva para propósitos de
identificación mas que para
almacenamiento de datos. Estos,
escritos/leídos en el disco, deben ajustarse al
tamaño fijado del almacenamiento de los sectores.
Habitualmente, los
sistemas de disco duro contienen más de
una unidad en su interior, por lo que el número de caras
puede ser más de 2. Estas se identifican con un
número, siendo el 0 para la primera.
En general su organización
es igual a los disquetes. La capacidad del disco resulta de
multiplicar el número de caras por el de pistas por cara y
por el de sectores por pista, al total por el número de
bytes por sector.
Para escribir, la cabeza se sitúa sobre la celda
en el sector a grabar y se hace pasar a través de ella un
pulso de corriente, lo cual crea un
campo magnético en la superficie.
Dependiendo del sentido de la corriente, así será
la polaridad de la celda.
Para leer, se mide la corriente inducida por el
campo magnético de la celda. Es decir que
al pasar sobre una zona detectará un campo
magnético que según se encuentre magnetizada en
un sentido u otro, indicará si en esa posición hay
almacenado un 0 o un 1. En el caso de la escritura
el
proceso es el inverso, la cabeza recibe un
impulso de corriente que provoca un campo magnético, el
cual pone la posición sobre la que se encuentre la cabeza
en 0 o en 1 dependiendo del
valor del campo magnético provocado
por dicha corriente.
Ahora bien, ya que sabemos como está formado,
debemos saber que su evolución ha sido muy interesante
porque los discos duros han comenzado con capacidades cercanas a
5 MB y su velocidad era muy corta, luego evolucionaron por
primera vez a 20 MB y así progresivamente y manteniendo el
mismo principio, los discos duros han logrado montarse hoy en
día gracias a HITACHI en los 400 GB para computadoras
personales, pese a que tiene esta enorme capacidad, el disco solo
puede procesar a 7200 RPM ya que de otra manera las tarjetas
madres y procesadores existentes hasta ahora no serían
capaz de procesar mayores velocidades
Resulta interesante estudiar los sistemas de
archivos, el
espacio en el disco duro está dividido en pequeñas
unidades llamadas sectores, cada uno de 512 bytes. Así,
por ejemplo, si el disco duro tiene 100 KB en total, esto
significa que está dividido en 200 sectores. Pero el
sistema de archivos no trata directamente con cada uno de los
sectores. En vez de eso, agrupa los sectores para formar un
cluster, trabajando directamente con ellos.
Estos cluster son también llamados "unidades de
asignación". Por ejemplo, en el mismo disco citado, si
tuviéramos cluster formados con cuatro sectores,
tendríamos un total de 50.
Así, cuando el sistema de archivos necesita
acceder a un sector en particular, primero debe encontrar el
cluster al que pertenece, y dentro de él buscar al mismo.
Todos los tres sistemas de archivos más populares (FAT16,
FAT32 y NTFS) trabajan de esta manera.
Fat16: usa 16 bits para contar los clusters. Es
decir lo máximo que puede contar es hasta 2^16 – 1 , es
decir, hasta 65535. Es decir, lo máximo que pueden caber
son 65535 clusters. Por eso, a medida que aumenta el
tamaño de tu disco duro, aumentará también
el tamaño de los clusters, ya que el número
máximo es el citado..También cada sector dentro
de un grupo(cluster) debe ser numerado. Cada sector tiene un
número de índice que está en un bite (es
decir, 8 bits). Pero se utilizan solamente siete de estos bits,
por lo tanto, el número máximo de sectores en
cada cluster es de 128.
Fat32: Consiste bajo el mismo principio de la
FAT16, que a su vez tiene el principio de las FAT que no es
otro que una gran base de datos que contiene los registros de en
dónde se encuentran cada uno de los archivos en el
disco. Es como una tabla con muchas columnas cada una de las
cuales guarda algo acerca de los archivos en el
disco.
Cada registro en la
FAT tiene un tamaño de 32 bytes. En otras palabras, si
tengo 100 archivos en la computadora, 100 x 32bytes, es decir
3200 bytes del disco guardarán información de
estos archivos en la FAT. Entonces es el mismo principio
sólo que aplicado a 32 bits. Se puede notar que FAT32 es
superior a FAT16. Pero la FAT32 no es soportada por todos los
sistemas
operativos. Solo fue soportada desde la versión 2
del Windows 95.
Y todas las versiones anteriores de Windows NT
(inclusive la versión 4.0) no pueden leer este
sistema.
NTFS: el NTFS trabaja casi igual al FAT32 solo
que tiene mas directivas de seguridad
tanto para usuarios como para los sistemas basados en win9x,
ejemplo de ello es que el sistema NTFS hace tres pasadas antes
de rearrancar. Primero, hace un análisis que determina exactamente
cuáles clusters deben ser actualizados por la
información que hay en el archivo de
eventos.
Luego pasa a la fase en la cual efectúa todas
las transacciones hasta el último chequeo, y por
último efectúa la fase de deshacer, en la cual
completa todas las transacciones que así lo requieran.
Esto hace que los datos corruptos se reduzcan a un
mínimo.
De esta manera se puede resumir y entender perfectamente
como ha evolucionado el disco duro en sus sistemas de archivos,
que es la parte en la que básicamente radican todos los
cambios del disco duro, ya que el mismo, solo ha variado en la
parte física en
cuanto a capacidad que como es bien sabido se logra aumentando la
densidad, y también en la velocidad.
Desarrollo acelerado.
El mercado no varió durante años para los
dispositivos de almacenamiento, es decir, no salieron nuevos
productos ya
que se podía trabajar muy bien con los creados hasta el
momento, lo que si se hizo en todos los componentes de un
computador personal, fue
aplicarles mejores técnicas
de desarrollo para que fueran mas rápidos y de mayor
capacidad, casualmente en esos años aparece una nueva
unidad de almacenamiento conocida en su momento como unidad ZIP,
estas unidades no estaban disponibles para todas las computadoras
ya que no era compatible con casi ninguna arquitectura
creada hasta el momento, pero la parte importante de estas
unidades es que su capacidad era bastante alta, inicialmente
fueron de 50 Mb y fueron aumentando con el tiempo; Sin embargo,
no tuvo mucho éxito
pese a su gran capacidad para la época, las razones de
esto fueron:
- No eran 100% compatibles con las computadoras clon,
que eran las mas vendidas (Y siguen siendo). - Los costos de las unidades eran muy altos, tanto el
dispositivo de lecto/escritura, como el de
almacenamiento. - Siempre se planteó como unidad adicional al
equipo, situación que no ayudó a su fácil
comercialización.
Su principio también era el de los diskettes y/o
cintas magnéticas, solo eran un poco mas grandes que las
unidades de 3 ½" sin llegar a los de 5
¼"
Pasado un tiempo cuando ocurre la aparición del
modelo 80586
de Intel cuando se logran ver los primeros resultados de un
estudio de años, y eran los Discos compactos, conocidos
como Cd´s, en
estas unidades se podía almacenar hasta 650 MegaBytes, lo
que era un gran avance ya que todavía estaban disco duros
con menor capacidad vigentes en el mercado, así como
también habían de mayor capacidad de los
mismos.
Esta tecnología trabajó por
lecto/escritura óptica,
es decir, la unidad lectora sencilla de computador personal
conocida como CD-ROM, la
medida de rapidez de esta unidad es mediante la letra "X" lo que
significa cada X es 150Kb/s, inicialmente existieron unidades de
2X, luego de 4X, luego de 8X, y así sucesivamente fue
evolucionando, hasta que sacaron un modelo experimental de 100X
que no era mas que una farsa, ya que la unidad no alcanzaba mas
de 50X pero tenía un doble buffer, cosa que facilitaba
el trabajo
para el CPU, debido a esta situación, hubo que quedarse
con las unidades de máximo 52X para lectura (Es decir, 7.8
megabytes por segundo) para lectura. Las unidades personales que
grababan en los cd´s, conocidas como "Quemadoras", salen
casi a la par de las unidades lectoras, la diferencia fue de casi
2 años, cosa que evitó por un tiempo la piratería que no fue del todo
prevista.
El funcionamiento de las unidades de cd no era muy
complejo, la lectura de
información ocurre cuando se hace pasar un fino haz de
láser
por la superficie del disco. Que a su vez refleja este haz, y de
acuerdo con lo que tiene grabado, un detector lo lee.
Diferentemente que los discos duros, los CD están grabados
en una pista tipo espiral, que comienza en la parte interior, y
termina en la orilla.
Los cd´s mantienen su calidad y su
vigencia hasta nuestros días, lo único que ha
variado en ellos es la capacidad que ahora llega hasta 900 Mb. Y
existen discos compactos reescribibles que tampoco fueron
soltados al mercado inicialmente.
Una vez mas los desarrolladores de tecnología no
descansan, y comienzan a ver que ahora que los discos duros
tienen 80 GB. Se presenta de nuevo el problema de hacer soporte
de datos, ya que para hacer un soporte de un disco de 70 Gigas,
hacen falta 100 cd´s lo cual es demasiado, también
se presenta el problema de las películas, ya que el
formato de VHS se comienza a considerar obsoleto y malo, entonces
se decide sacar un nuevo formato de disco, con una
tecnología óptica ya que resulta mucho mas
económica y confiable que las anteriores. Este nuevo
desarrollo es conocido con el nombre de DVD,
prácticamente popular debido a que los formatos de
películas los comenzaron a hacer para este tipo de
dispositivo, ya que al ser de mayor capacidad (Especificaciones
que se dirán mas adelante) puede tener una mejor calidad
de imagen y
sonido la
grabación en ellos.
La unidad DVD es similar en su tamaño
físico al CD, pero su capacidad de almacenamiento es mucho
mayor (Un DVD permite el almacenamiento de entre 4.7 GB y 17 GB
de datos). Se utiliza para almacenar películas en formato
de video digital comprimido, con subtítulos en varios
idiomas, y con algunas posibilidades de interactividad. El
material viene por zonas, siendo incompatibles entre sí
los reproductores y materiales de
zonas diferentes. El mecanismo de esta protección fue
descubierto y puesto a disposición en Internet, por lo que
no consiguió los resultados que quería. La
especificación DVD soporta discos de gran capacidad con
velocidades de transferencia desde 600KB/s (Que equivale a quemar
un CD a 4x). Además las unidades DVD permiten leer los
CD-ROM estándar, CD-I y vídeo CD. Es muy probable
que no se haya sustituido del todo el uso de los Cd´s para
computadoras porque los precios de
Grabadoras de DVD son realmente altos, aunque por las tendencias
que ha tenido el comercio de la
tecnología, seguramente bajará pronto su precio.
De este tipo de unidades es importante e imperativo
estudiarlas a fondo ya que son las que están rigiendo el
sistema actualmente, por esta razón debemos saber que
existen diferentes formatos dentro de lo que se denomina DVD. Son
los siguientes:
- DVD Video: sólo almacena películas en
formato digital. - DVD-ROM: disco DVD de datos y de solo de
lectura. - DVD-Audio: similar al CD de audio, pero de mucha
más capacidad. - DVD-R: disco grabable una sola vez (como los CD-R), a
partir de entonces se comporta como un DVD-ROM. - DVD-RAM:
regrabable múltiples veces (como los CD-RW). Requiere un
grabador de DVD que soporte este formato. - DVD-RW: igual que el DVD-RAM, pero con un formato
diferente (no compatible con el anterior).
Lo que hace maravilloso a los DVD entre otras cosas es
la capacidad de compresión del espacio que se tiene, por
ejemplo El tamaño de las marcas en un DVD
de una cara es de 0’44 micras mientras que las de un CD son
0’83 micras. Por otra parte tenemos las caras y capas de
los DVD, que hacen que se forme otra división de
clasificación de los mismos, es decir, tenemos de acuerdo
a las capas y caras una clasificación que es la
siguiente:
- DVD-5: una sola cara y una sola capa. Capacidad de
4’7GB. - DVD-9: una sola cara con doble capa. Capacidad de
8’5GB. - DVD-10: doble cara, pero una sola capa. Capacidad de
9’4GB. - DVD-18: doble cara y doble capa. Capacidad de
17GB.
Ahora bien, otro dato interesante que nos arroja el estudio de
los DVD es que su capacidad de lectura es muchísimo
superior a la de los CD´s comunes, ejemplo de ello se puede
ver midiendo 1X de un CD y 1X de un DVD, mientras que la X del cd
vale 150KB/s, la X del DVD vale 1250 KB/S, debido a esta
razón es que las unidades de DVD solo se han desarrollado
hasta 8X que equivale a 10 megas de transferencia.
Pese a que parezca un poco arriesgado a quedarse corto como ha
ocurrido en artículos de prensa y
proyecciones publicados a lo largo de estos años,
pareciera que ahora sí se puede tener una
proyección bastante clara de lo que será el futuro
de los dispositivos de almacenamiento en los próximos 3
años, y es que, pese a que se plantea una rama de
almacenamiento holográfico, el concepto que hay
detrás del mismo no es nuevo. De la misma manera que un
holograma codifica objetos en tres dimensiones mediante patrones
de interferencia de luz, el HVD
(Holographic Versatile Disk) usa el mismo principio para
almacenar datos con densidades notablemente superiores a las de
los actuales soportes ópticos. Sin embargo resulta
difícil de creer que puedan desarrollarla antes del
año 2006. Volviendo al punto de desarrollo de
tecnologías futuras, se estipula que la ya implementada
tecnología por SONY conocida como láser
azul, sea el camino que tome la computación y el
almacenamiento de datos en los próximos años.
Las razones son claras, y es que los diseñadores de la
misma, (referencias en la página Web
de la empresa Osta)
pensaron bajo el siguiente paradigma, "si
todos los dispositivos de almacenamiento óptico (CD, DVD,
MO…) usan un rayo láser, el cual es dirigido a un
pequeñísimo lugar del disco mediante una lente
especial; en los dispositivos CD y DVD actuales, se usa un tipo
de láser especial basado en Arseniuro de Galio (GaAs), que
produce un haz de luz casi infrarrojo, y además la forma
ovalada que consigue el láser antes de llegar a dicha
lente especial (lente de objetivo) debe
ser convertida a un punto de aproximadamente 1micra de
diámetro para leer correctamente las marcas del disco.
Para producir este pequeño punto es necesario comprimir
el haz de láser en un cono convergente de luz. La
convergencia es medida por la Apertura Numérica (NA), la
cual, para sistemas que funcionan al aire libre, tiene
un valor
máximo de 1.0. Entonces, La capacidad total de lectura se
puede aumentar utilizando un rayo láser para detectar las
marcas del disco, lo que implicaría, un tamaño
mínimo para estas marcas, en contraste con la longitud del
espectro de luz empleado.
Si esta longitud de onda es muy grande, sólo se
podrán leer marcas grandes, ya que si son más
pequeñas, el haz de luz abarcaría varias de ellas
simultáneamente. La marca más
pequeña que se puede obtener con tecnología
óptica es determinada por el límite de
difracción que no es más que el espectro de luz
visible.
Toda esta teoría
en la que está basado el láser azul no quiere decir
otra cosa que, se ha pasado de un extremo a otro de la gama de
colores,
cambiando el láser rojo de 640 NM por otro azul-violeta de
sólo 405 NM, logrando de esta manera una lectura de mayor
precisión y destinada a mayores capacidades. Los productos
MO actuales (14x) usan una menor longitud de onda, de 660 NM,
comparados con la primera generación (1x) que era de 830
NM, lo que permite incrementar la densidad de almacenamiento.
Esto sucede igualmente con el DVD, que tiene una longitud de onda
de 650 NM por los 780 NM del CD. Como se puede ver, la historia
tanto de los dispositivos magnéticos como los
ópticos se repite, una vez creado el principio, solo se
busca optimizar el espacio y la densidad en ellos.
Daniel Rosquete
Universidad de
Carabobo
Facultad Experimental de Ciencias y
Tecnología
Departamento de Computación
Unidad Académica: Bases de Datos