- Características del
Almacenamiento Secundario - Tipos
- Factores
fundamentales - Costo de Acceso a
Disco - Organización de Datos en
Cintas - Estimación de los
tiempos de transmisión de datos - Los discos
Ópticos - Unidades
DVD - Sistema de almacenamiento
masivo (RAID) - Fuentes y
Bibliografía
El procesador es
capaz de realizar a gran rapidez operaciones sobre
los datos almacenados
en la memoria la
cual es volátil y tiene una capacidad de almacenamiento
insuficiente para guardar todos los datos, con lo cual, los
ordenadores necesitan disponer de alguna forma de almacenamiento
permanente y masivo. Se conoce como almacenamiento secundario a
los medios de
almacenamiento que están fuera del almacenamiento
primario. Las cintas magnéticas, los paquetes de discos,
los discos flexibles y los discos de almacenamiento óptico
son los ejemplos de medios de almacenamiento secundario. Son
más económicos que la RAM y no
requieren el suministro continuo de energía para conservar
la información almacenada.
Sin embargo cabe recalcar que el acceso a la
información del almacenamiento secundario es más
lento que el acceso a la memoria RAM. Por
ejemplo para ciertos equipos recuperar un solo carácter de la memoria de una PC toma
alrededor de 150 ns., es decir 150 millonésimas de segundo
mientras que para el tiempo medio
para recuperar dicho carácter en el disco de la PC es un
poco mayo a 75 ms., es decir 75 milésimas de
segundo.
Los datos en el almacenamiento secundario se
reúnen en archivos, los
cuales se definen como colecciones de información
relacionada. La existencia de los archivos se debe a la
existencia del almacenamiento secundario, si la
información se mantuviera en RAM no recibirían
dicho nombre.
Los dispositivos de
almacenamiento secundario están en línea con el
procesador. Aceptan datos o instrucciones del programa del
procesador cuando se necesitan para llevar a cabo tareas de
procesamiento. Se deben especificar dos conceptos
importantes:
- El proceso de
transferencia de datos a un equipo de cómputo se le
llama procedimiento de lectura. - El proceso de transferencia de datos desde la
computadora hacia el almacenamiento se denomina
procedimiento de escritura.
Características del Almacenamiento
Secundario
- Gran capacidad de almacenamiento.
- No se pierde la información al apagarse la
computadora,
es decir no es volátil. - Altas velocidades de transferencia de
información. - La información se almacena en el mismo formato
como se hace en la memoria principal. - Para ser procesados por el CPU, los
datos se almacenan en la memoria secundaria y luego se llevan a
la memoria principal.
Los tipos de almacenamiento secundario son:
- Almacenamiento Magnético
- Almacenamiento Óptico
- Almacenamiento Híbrido
(Magnético/Óptico)
Almacenamiento
Magnético
La tecnología
magnética para almacenamiento de datos se lleva usando
desde hace décadas, tanto en el campo digital como en el
analógico. Consiste en la aplicación de campos
magnéticos a ciertos materiales
cuyas partículas reaccionan a esa influencia, generalmente
orientándose en unas determinadas posiciones que conservan
tras dejar de aplicarse el campo
magnético. Esas posiciones representan los datos, bien
sean imágenes,
números o música.
Tipos de Acceso
Las unidades de disco pertenecen a una clase de
dispositivos conocidos como dispositivos de almacenamiento de
acceso directo (DAAD) ya que permiten el acceso directo a
los datos. Los DAAD contrastan con los dispositivos de acceso
en serie, el otro tipo principal de dispositivos de
almacenamiento secundario. Los dispositivos de acceso en serie
usan medios tales como la cinta magnética que sólo
permite el acceso en serie; no se puede leer o escribir un dato
en particular hasta que todos los datos que preceden en la cinta
hayan sido leídos o escritos en orden.
Dentro de esta categoría están los discos
flexibles, discos duros y
cintas magnéticas.
Discos Flexibles
El disquete proporciona un medio de intercambiar
información, almacenar datos, archivar ficheros, etc. Son
fáciles de usar, pero son lentos, no tienen suficiente
capacidad y son poco confiables.
Los discos flexibles (conocidos en el argot
informático como disquetes o floppy disks) son unos discos
fabricados de un material plástico
de alta resistencia
denominado mylar que están recubiertos de un material
ferromagnético al que se le puede modificar la
magnetización mediante una cabeza de lectura/escritura, de
forma que sirven para el almacenamiento de la información.
Estos discos están protegidos mediante una funda de
plástico PVC que los protege.
Estructura de los disquetes
Los disquetes (o discos flexibles) deben su nombre al
hecho de que el disco es flexible: si extrae el disco de su
envoltura protectora de plástico se puede ver que el disco
es fino y flexible. La envoltura protectora dota al disco de la
suficiente rigidez para que el motor de la
unidad pueda hacerlo girar.
Los disquetes se dividen fundamentalmente en pistas
individuales, que se distribuyen como círculos
concéntricos equidistantes sobre la superficie del disco
magnético en el interior del disquete. Estas pistas se
designan con un número de 0 hasta N. La pista exterior por
norma lleva el número 0, la siguiente el número 1,
y siguiendo este esquema se procede hasta la pista más
interna.
Cada pista, a su vez, se divide en un número
constante de segmentos más pequeños del mismo
tamaño llamados sectores. La cantidad de estos sectores
depende del formato del disquete y de la unidad.
Cada sector contiene 512 bytes y representa la unidad de
acceso más pequeña con la que puede operar un
programa. Así que, no es posible leer o escribir un
único byte de un disquete, sino que como mínimo se
ha de leer o escribir un sector completo. Siempre que sea
posible, los datos se almacenarán en sectores contiguos
para aumentar la velocidad de
acceso a estos datos. Los datos se localizan según sus
números de pista y sector.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
La capacidad de un disquete se calcula
según la siguiente fórmula:
C= Np*Ns*Nb,
donde:
Np= número de pistas
Ns= número de sectores por pista
Nb= número de bytes por sector
El valor
resultante de esto sólo describe la capacidad de una de
las caras del disquete, y se ha de duplicar, si la unidad de
disquetes está equipada con dos cabezales de lectura /
escritura, ya que en este caso se utilizan tanto la cara superior
como la inferior del disco para guardar datos.
Hay diversos tipos de unidades de disco y varios tipos
de discos, esto es importante ya que existe una serie de
incompatibilidades entre los distintos tipos. Sin entrar en la
historia de la
evolución de los formatos de las unidades
de discos de los ordenadores compatibles, se puede decir que en
la actualidad hay cuatro tipos básicos de unidades de
disco: los de 5¼ pulgadas, los de 3½ y a su vez,
dentro de cada uno de estos dos tipos, se encuentran los de alta
densidad y de
baja densidad. Como es lógico, cada una de estas unidades
utilizará un tipo de disco específico.
- Disco de 5 ¼
Estructura
externa
El disco de 5¼ es un sandwich en el cual el
relleno es el propio disco. El disco tiene un nombre apropiado,
ya que tiene exactamente 5¼ pulgadas de anchura; la
cubierta que lo contiene es un cuadrado de 5 ½ pulgadas de
lado. En la siguiente figura se muestra un
disquete de este tipo en el que podemos distinguir las siguientes
partes:
1.- Área de la etiqueta
2.- Muesca de protección contra
escritura
3.- Agujero de Acceso al eje de giro
4.- Apertura (de Acceso) para el cabezal
5.- Agujero de índice.
A continuación se detalla cada una de las
partes:
1.- Área de la etiqueta: En esta
zona se suele pegar una etiqueta para poder
identificar el disco.
2.- Muesca de protección contra
escritura: La cubierta que rodea al disco es
prácticamente cuadrada, excepto por una muesca cerca de
una esquina. Esta ranura la detecta automáticamente un
interruptor dentro de la unidad de disquetes. Si la ranura
está abierta, entonces hay acceso de escritura al disco,
permitiéndose la lectura,
escritura o formateo del disco. Si la muesca está cubierta
con una etiqueta de protección contra escritura o un trozo
de cinta, el sensor de la unidad de disquetes no la
encontrará. La unidad de disquetes informará
entonces al ordenador de que el disco está protegido
contra escritura, y no se podrá escribir o formatear el
disco.
3.- Agujero de acceso al eje de giro: El
gran agujero que hay en el centro de la cubierta permite pasar a
través el eje de la unidad de disquetes. El agujero
practicado en la cubierta externa del disquete sirve para que el
mecanismo de la unidad de disquetes sujete el disco y lo haga
girar sin que se escape.
4.- Apertura de acceso al cabezal: El
largo agujero ovalado que hay a ambos lados de la cubierta de un
disquete permite al cabezal o cabezales de lectura/escritura de
la unidad de disquetes ponerse en contacto con la superficie del
disco. Con respecto a este agujero hay dos
reglas:
- El extremo del disco más cercano a este
agujero es el primero que hay que introducir en la unidad de
disquetes. - Nunca toque la superficie del disco que se puede ver
a través de este agujero.
5.- Agujero de índice: No lejos del
agujero del eje, la cubierta del disquete muestra otra
perforación, diseñada para permitir el indexado
mecánico del disco. Si se gira el disquete de 5 ¼
dentro de su cubierta, se puede encontrar un pequeño
agujero en el propio disco, alineado con la perforación de
la cubierta. Se llama agujero de índice.
Tipos de discos de 5¼
- Discos de 5¼ pulgadas de baja densidad:
también denominados de doble cara/doble densidad o
Double Sided Double Density DSDD. Tienen una capacidad
máxima de 360 Kb de información. ( 40 pistas, 9
sectores por pista, 2 cabezales). - Discos de 5¼ pulgadas de alta densidad: Tienen
una apariencia externa similar a los anteriores,
diferenciándose de éstos en el material
magnético utilizado para su recubrimiento. Este material
permite una mayor densidad de información. Se denominan
por las siglas DSHD (Double Sided High Density) lo que
traducido quiere decir doble cara alta densidad. La capacidad
máxima de estos discos es de 1,2 Mb (80 pistas, 15
sectores por pista, 2 cabezales). Cabe señalar que estos
discos solamente se pueden utilizar con unidades de disco de
alta densidad. - Disco de 3½
Las unidades de 5¼ prácticamente ya
están en desuso y han dejado el paso a las de 3½.
Los disquetes de 3½ tienen a su favor el hecho de ser
artículos manejables y lo suficientemente duros y fiables,
como para transportarlos fácilmente (en comparación
con los de 5¼).
Estructura externa
El sistema de discos
de 3½ encierra varias mejoras respecto al veterano
diseño
de 5¼. La más notoria es su cubierta dura, muy
resistente y apenas flexible. Esta cubierta resistente protege al
frágil disco lo que permite escribir sobre una etiqueta ya
pegada en el disquete. A diferencia de los de 5¼, los
cuales dejan un segmento del disco al aire libre,
vulnerable al polvo, la suciedad y las huellas, el diseño
de 3½ cubre la zona de acceso del cabezal con un protector
metálico deslizante que se cierra mediante un muelle. El
protector se abre automáticamente cuando de inserta el
disco en la unidad de disquetes. Esta protección significa
que estos discos no necesitan funda.
Estos discos son más pequeños que los
anteriores pero tienen mayor capacidad. La cubierta de los discos
de 3½ pulgadas es rígida y en lugar de tener una
muesca de protección contra la escritura dispone de una
pestaña de plástico que se puede desplazar y que
funciona al contrario que en los discos de 5¼ pulgadas, ya
que cuando está cerrado el orificio significa que se puede
escribir y cuando está abierto no se puede realizar dicha
operación.
Sus características son:
1.- Cubierta de Acceso al cabezal (con un
mecanismo de muelle deslizante)
2.- Eje de giro reforzado con metal.
3.- Agujero indicador de disco de Alta
densidad.
4.- Seguro deslizante
de protección contra escritura.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Tipos de discos de 3½.
- Discos de 3½ pulgadas de baja densidad: La
principal ventaja de estos discos, también denominados
Micro Floppy Disk, es su mayor capacidad: 720 Kb (80 pistas, 9
sectores, 2 caras) La denominación de siglas es la misma
que en los discos de 5¼ DSDD. - Discos de 3½ pulgadas de alta densidad: Estos
discos tienen una apariencia externa similar a los de baja
densidad con el mismo formato pero el recubrimiento
magnético es diferente, para que pueda aceptar la mayor
densidad de información. La denominación en
siglas de estos discos es idéntica a la de los discos
flexibles de alta densidad de 5¼ pulgadas DSHD. Estos
discos solamente se pueden utilizar con unidades de disco de
alta densidad. Tienen una capacidad de 1.44 Mb (80 pistas, 18
sectores, 2 caras).
Es necesario disponer de un sistema de almacenamiento
masivo de alta capacidad y de elevada velocidad, el disco duro.
Las capacidades de los discos duros están en el orden de
los GB. Como en el caso de los discos flexibles, los discos duros
pueden ser leídos y escritos cuantas veces se quiera y
como en teoría
las cabezas no tocan la superficie del disco, deberían ser
eternos desde el punto de vista del soporte de la
información.
Aunque el tamaño o capacidad del disco duro es un
factor que puede ser determinante, hay una serie de factores que
también intervienen para diferenciar unos de otros, como
puede ser la fiabilidad, el tiempo medio de acceso, el consumo, etc.
De hecho, un disco duro con una capacidad menor que la de otro
puede ser mucho más caro debido a un menor tiempo de
acceso o a una mayor fiabilidad.
Antes de decidirse por un tipo u otro de disco duro, o
para comprobar si el disco duro que incorpora el ordenador del
que se dispone es realmente el que se ajusta a las necesidades
del usuario, es necesario conocer algunos términos
utilizados para la descripción de estos
dispositivos.
- CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO
Es el número de bytes que puede almacenar un
disco duro. No hay que confundir la capacidad total con la
capacidad una vez formateado, ya que esta última es la
realmente utilizable por el usuario y es menor.
- VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA
Es la velocidad con la que se transfieren los datos
desde la memoria del ordenador al disco o viceversa.
Normalmente este valor depende del tipo de interfase del disco
duro. Las unidades típicas son de Kilobytes por segundo
(kbps).
- TIEMPO MEDIO DE ACCESO
Es el tiempo medio que tarda la cabeza del disco en
situarse en un lugar determinado y recuperar cierta
información. Las unidades típicas son del orden
de los milisegundos y en la actualidad estos tiempos se reducen
de forma considerable mediante los sistemas de
memoria caché que incorporan los nuevos discos y
ordenadores.
- TIEMPO MEDIO ENTRE FALLOS
Es la medida de la fiabilidad del sistema y es un
factor a tener en cuenta, ya que, dado el precio y
el estado de
las reparaciones de estos sistemas de almacenamiento, se les
puede considerar como perecederos con el uso.
- APARCAMIENTO DE CABEZAS
Es un sistema que puede ser automático o
manual a
través del cual se protegen las cabezas contra los
choques y vibraciones cuando el ordenador no se encuentra
encendido. Este factor es muy importante en los ordenadores
portátiles.
- CONSUMO
Este factor puede ser determinante en los
portátiles alimentados por baterías o en aquellos
ordenadores cuya fuente de alimentación no
tiene mucha potencia.
- RESISTENCIA A LOS GOLPES
Se suele medir en "G", es decir, en valores de
la fuerza de la
gravedad. Este valor varía si el ordenador está
en funcionamiento o apagado y depende del tipo de disco duro
que se trate.
- TIPO DE INTERFASE
Es importante saber si el sistema será
compatible o no con el ordenador que estamos utilizando. Este
hecho es mucho más importante cuando se desea conectar
un segundo disco duro a una interfase ya existente en el
ordenador.
Organización de discos duros
En una unidad de disco duro hay varios discos
magnéticos colocados unos encima de otros, compartiendo un
mismo eje central. Cada uno de los discos (o platos) está
dividido de la misma forma que los disquetes, en pistas y
sectores y dispone de dos cabezales de lectura/escritura, que
trabajan en la cara superior e inferior del disco.
Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superior
Un brazo provisto de varias cabezas de
lectura/escritura (para cada disco individual) se encarga de
acceder a cada una de las pistas del disco, de modo que un
cambio de
pista se realiza simultáneamente en todos los
discos.
Las pistas que están directamente unas sobre
otras forman un cilindro. La importancia es que se puede tener el
acceso a toda la información almacenada en uno sin mover
el brazo que sostiene las cabezas de lectura y escritura. El
movimiento de
este brazo se llama desplazamiento. Este movimiento del
brazo suele ser la parte más lenta de la lectura de
información en un disco.
En un paquete de discos normal, los platos superior en
inferior contribuyen con una superficie cada uno para formar el
paquete y los demás platos contribuyen con dos
superficies, de tal forma que el número de pistas por
cilindro está en función
del número de platos.
Puesto que un cilindro consiste en un grupo de
pistas, una pista consiste en un grupo de sectores, y un sector
en un grupo de bytes, las capacidades de pistas, cilindros y de
las unidades de discos son:
Capacidad de Pista= número de sectores por pista
* bytes por sector
Capacidad del Cilindro= número de pistas por
cilindro * capacidad de la pista
Capacidad de la Unidad= número de cilindros *
capacidad del cilindro
Para dar una idea de los factores que intervienen en la
suma total del tiempo necesario para acceder a un archivo que se
encuentra en un disco fijo, se calcularán algunos tiempos
de acceso. Un acceso a disco se puede dividir en tres operaciones
físicas distintas, cada una de las cuales tiene un
costo propio:
tiempo de desplazamiento, retraso por rotación y tiempo de
transferencia.
Tiempo de desplazamiento: Es el tiempo requerido para
mover el brazo de acceso hasta el cilindro adecuado, lo cual
depende de la distancia que tenga que recorrer el
brazo.
El desplazamiento implica varias operaciones un tanto
lentas. Entre las más importantes se consideran que el
tiempo inicial de arranque s y el tiempo que toma recorrer
cilindros que se deben cruzar una vez que el brazo de acceso
adquiere su velocidad normal. Sea:
f(n)=m*n +s,
donde:
n=número de cilindros por atravesar
m= constante que depende de la unidad de
disco
Como a menudo resulta imposible saber con exactitud
cuántas pistas serán atravesadas en cada
desplazamiento, normalmente se intenta determinar el tiempo
promedio de desplazamiento requerido para una operación de
archivo en particular.
Retraso por Rotación: Se refiere al tiempo que
transcurre para que en el disco que gira el sector que sea quede
bajo la cabeza de lectura y escritura. En promedio, el retraso de
rotación es la mitad de una revolución
y se mide en revoluciones por minuto.
Tiempo de Transferencia: Viene dado por la
fórmula:
Tiempo número de bytes por
transferir
de =
——————————————————— *
Tiempo de rotación
transferencia número de bytes en una
pista
Cintas Magnéticas
Las unidades de cinta magnética pertenecen a una
clase de dispositivo que no brindan la facilidad del acceso
directo, pero son muy buenas para el procesamiento secuencial de
datos. Cuando se sabe que un archivo grande normalmente no
requiere acceso directo, almacenarlo en cinta tiene ventajas. Las
cintas son compactas, estables en diferentes condiciones
ambientales y fáciles de almacenar y transportar.
Además el espacio de la cinta generalmente es menos
costoso que el del disco.
Organización de Datos en
Cintas
Puesto que el acceso a las cintas es secuencial, no se
requieren direcciones para identificar la ubicación de los
datos. En una cinta la posición lógica
de un byte dentro del archivo corresponde directamente con su
posición física relativa al
inicio del archivo. Se puede imaginar la superficie de una cinta
común como un conjunto de pistas paralelas, cada una de
las cuales es una secuencia de bits. Podemos imaginar un byte
como una sección de cinta de un bit de ancho. Dicha
sección se llama marco.
Una cinta común tiene nueve pistas, y una de
ellas se emplea para la paridad. El bit de paridad no es parte
del dato, sino que se usa para revisar la validez de los datos.
Si está en vigor la paridad impar, este bit se usa para
que el número de bits iguales a 1 del marco sea impar. La
paridad par trabaja en forma similar, pero rara vez se usa en las
cintas.
Los marcos se agrupan en bloques de datos cuyos
tamaños varían entre unos cuantos bytes y muchos
kilobytes. Como la lectura de las cintas con frecuencia se
realiza de bloque en bloque, y éstas no pueden parar y
arrancar instantáneamente, los bloques están
separados por huecos entre bloques los cuales no contienen
información.
Las cintas se presentan en una diversidad de formas,
tamaños y velocidades. Las diferencias de desempeño entre las unidades normalmente se
miden en términos de tres cantidades:
- Densidad de la cinta
- Velocidad de la cinta
- Tamaño del hueco entre bloques
Estimación de requerimientos de longitud de
cinta
Es común respaldar conjuntos de
archivos de disco para protegerse contra la pérdida de
información, las cintas son un buen recurso para lograrlo.
¿Cuánta cinta se necesita?
Para contestar esta pregunta primero se debe determinar
qué es lo que ocupa espacio en la cinta. Existen dos
contribuyentes especiales: los huecos entre bloques y los bloques
de datos. Para cada bloque de datos hay un hueco entre bloques.
Si se define
- b = la longitud física de un bloque de
datos, - g = la longitud de un hueco entre bloques,
y - n = el número de bloques de datos,
entonces el requerimiento de espacio s para almacenar el
archivo es:
s = n x
(b+g)
El número de registros
almacenados en un bloque físico se llama factor de
bloque.
Estimación
de los tiempos de transmisión de
datos
El papel de desempeñan los huecos entre bloques y
los tamaños de los bloques de datos en la
determinación de la densidad de grabado efectiva, esos dos
factores también afectan la tasa de transmisión de
datos. Otros dos factores que afectan la tasa de
transmisión de datos, desde o hacia la cinta son la
densidad de grabado nominal y la velocidad con la que pasa la
cinta por la cabeza de lectura y escritura, la tasa de
transmisión de datos nominal.
tasa nominal = densidad de la cinta (bpi) x velocidad de
la cinta (ips)
Aplicaciones de las cintas
Si la información debe estar corriente en todo
momento, entonces el medio debe permitir el acceso directo, de
tal forma que las actualizaciones individuales puedan hacerse de
inmediato para ello están las cintas que es una
tecnología relativamente barata, también es un buen
medio para almacenar los datos fuera de línea. La cinta es
buen medio para almacenar archivos y para transportar datos,
mientras no se requiera que estén disponibles de inmediato
para procesamiento directo.
Se basa en la utilización de un haz de láser para
la lectura de la información, como ocurre en el caso de
los discos ópticos musicales o compactos.
La principal característica de los discos
ópticos es que la información se graba de forma
secuencial como si fuera una cinta magnética, es decir, en
una espira que comienza en el extremo interior (centro) del disco
y acaba en el extremo externo. Las densidades que se logran son
muy elevadas y rondan los 100 Mbytes por pulgada o lo que es lo
mismo unas 15.000 pistas por pulgadas frente a las 9 pistas por
pulgada de los discos flexibles. Además de la alta
capacidad, los discos ópticos presentan algunas ventajas
adicionales como su fiabilidad, su resistencia relativa a los
arañazos, a la suciedad, y a los efectos de los campos
magnéticos, etc. El problema de los discos ópticos
es que, como ocurre con los discos de audio. deben venir grabados
de fábrica siendo inalterable su contenido. Por ello se
llaman CD-ROM (Disco
Compacto- Memoria de Sólo Lectura). Además, como la
información viene en forma secuencial, los tiempos de
acceso a los datos son muy elevados.
La información está contenida en el disco
en forma de huecos que se producen en el disco master y que se
transfieren a las copias por medios mecánicos durante el
proceso de fabricación. La lectura se basa en la
dispersión o no del haz láser que incide sobre la
superficie del disco. Los discos ópticos han evolucionado
también en los últimos años y hay otros
dispositivos basados en tecnología láser que
permiten otros medios de operación. La
clasificación general es la siguiente:
Tipos de Discos Ópticos:
- CD-ROM: La información de estos discos debe
viene grabada de fábrica y es inalterable por el
usuario. El principal problema que tienen estos dispositivos es
que si un determinado usuario quiere tener un disco de este
tipo con información de su exclusivo interés
tiene que recurrir a un fabricante para que le grabe el
disco. - CD-R: De una escritura múltiples lecturas,
WORM. Este sistema es versátil para el usuario, ya que
permite grabar un disco virgen por una única vez y luego
leerlo múltiples veces. Se basa en dos haces
láser, uno de alta potencia que se utiliza para grabar
la información en el disco virgen y otro de baja que
sirve para recuperar la información una vez grabada.
Estos sistemas son algo más caros pero evitan que el
usuario dependa de los fabricantes de discos para poder grabar
la información que necesita. - CD-RW: De múltiples lecturas y escrituras, WM
RM. Su funcionamiento se basa en el cambio de las propiedades
ópticas de un material especial que es sensible a los
campos magnéticos. Como es lógico pensar, algunas
de las ventajas disponibles con el uso de los discos
ópticos puros se pierden con este tipo de dispositivos,
ya que en ocasiones pueden ser sensibles a los campos
magnéticos de alta intensidad. Este medio de
almacenamiento permite que la lectura también se realice
mediante sistemas láser, por lo que la
información contenida en el disco es permanente por no
rozar la cabeza de lectura sobre la superficie del disco. La
principal ventaja de este tipo de disco radica en la
posibilidad de actualizar la información contenida en
él todas las veces que sea necesario.
Características básicas:
El disco de un CD-ROM
está fabricado sobre un substrato de policarbonato, que le
confiere una gran flexibilidad y robustez, en el cual se graban
una serie de pequeños hoyos ya definidos. El substrato
está recubierto por una lámina reflectante de
aluminio. Por
último, se baña el disco con una laca protectora y
se ponen las etiquetas del fabricante.
Sus dimensiones físicas son las
siguientes:
- 120 milímetros de diámetro
total. - 15 milímetros de diámetro del agujero
central. - 1'2 milímetros de grosor.
El disco contiene una pista en espiral que empieza en el
centro del disco y termina en la parte exterior del mismo. Esta
pista tiene una anchura de unas 0,6 micras (0,0000006 metros),
estando separadas las vueltas adyacentes 1,6 micras (0,0000016
metros). Todo esto nos da una idea de la densidad del disco:
aproximadamente 6.300 pistas por centímetro. Si se
extendiese la pista en espiral a lo largo de una línea
recta, la longitud total de la misma se aproximaría a los
5 km.
Organización de la
información.
Los CDs en general poseen una pista en espiral a lo
largo de todo el disco, estando su estructura
dividida en sectores lineales consecutivos de la misma longitud,
por lo que sus tiempos de acceso se alargan de forma considerable
con respecto a un disco magnético, dado que la
búsqueda tiene que efectuarse a lo largo de toda la
espiral.
Los datos se almacenan dentro la pista en espiral, la
cual tiene numerosos agujeros en toda su longitud. Estos
agujeros, denominados también hoyos o, empleando la
terminología inglesa, pits, tienen una profundidad que
pueden alcanzar hasta 0'12 micras (0'00000012 metros) y 0'6
micras de anchura. Entre los agujeros existen zonas planas
también denominadas mesetas o lands.
La pista en espiral donde se encuentran los datos,
está dividida en sectores de la misma longitud. Empezando
desde el interior del disco hacia el exterior, se van numerando
los sectores de forma correlativa: sector 0, sector 1, sector 2,
etc.
En los Discos Ópticos de datos existen bytes
destinados a la detección y corrección de errores.
La seguridad de los
datos almacenados es un elemento fundamental cuando se trabaja
con un ordenador. En un Compact Disc de audio o vídeo, la
existencia de un bit incorrecto prácticamente no puede
apreciarse a la hora de la reproducción (el oído y el
ojo humano son muy tolerantes ante fallos de este calibre) y, por
tanto, carece de importancia práctica. En un CD donde se
almacenan datos no puede considerarse como admisible. Es por ello
por lo que se dedican estos bytes a proteger los datos que son
considerados importantes.
Capacidad de almacenamiento.
Los CDs contienen espirales divididas en 270.000
sectores y con una duración de 60 minutos, si bien es
verdad que se puede llegar a los 333.000 sectores, con una
duración de 74 minutos. Esta diferencia de 14 minutos se
ubica en el borde exterior del disco.
La capacidad de almacenamiento de un CD puede ser
variable, dependiendo del número de sectores que posea el
disco y de si se emplean los espacios reservados para la
detección y corrección de errores para almacenar
datos o no. Por ejemplo, un disco con 270.000 sectores y con
2.048 bytes de datos corregidos por sector, llegará a
almacenar un total de 552.960.000 bytes.
Al proporcionar datos acerca de la capacidad de
almacenamiento de los CDs se suele redondear esta cifra a 552
MBytes o bien se divide por 1.024 bytes (1 kByte), dando como
resultado 540 MBytes. Si se divide entre 1.048.576 bytes (1
MByte), resulta una capacidad de almacenamiento de 572 MBytes
sometidos a corrección de errores. Puede darse el caso de
que se utilicen los espacios reservados para los códigos
de detección y corrección de errores, a fin de
almacenar datos, con lo que la capacidad de almacenamiento puede
aumentar hasta la cifra de 601 MBytes.
Si se emplean los 333.000 sectores del disco, haciendo
una operación análoga, se puede alcanzar una cifra
de 650 MBytes sometidos a corrección de errores; ó
724 MBytes, si no se emplean los espacios reservados a la
corrección de errores.
Lectura de
datos.
El dispositivo de lectura para un CD consiste
básicamente en un láser de baja potencia (de
arseniuro de galio), que lanza un rayo hacia la superficie del
disco y detecta los hoyos y las mesetas de éste. Hay que
señalar que la lectura de la información se
efectúa por la parte trasera del disco a través del
substrato de policarbonato. La diferencia entre un hoyo y una
meseta estriba en que una meseta refleja la luz láser
recibida, mientras que los hoyos la dispersan. Mediante un
mecanismo óptico, la luz reflejada es dirigida hacia un
fotodiodo que capta las variaciones recibidas.
Para que los datos inmersos en un CD puedan ser
leídos correctamente, los bits han de pasar a velocidad
constante por la cabeza lectora. Con ello, se obtiene una
velocidad de transferencia de datos de 150 kbps, equivalente a
una velocidad de lectura de datos de 75 sectores por segundo.
Esto no quiere decir que el disco tenga que girar a una velocidad
constante. Por otro lado, como es sabido, la velocidad angular de
un disco varía en función de la distancia al centro
del mismo. El extremo más alejado del centro gira a mayor
velocidad que el más cercano a éste. Dado que las
longitudes de los sectores de un CD-ROM son idénticas,
para conseguir que los bits de la pista pasen por la cabeza
lectora a la misma velocidad, se habrá de variar la
velocidad de giro del disco en función de la distancia a
la que se encuentre la cabeza lectora del centro. Cuanto
más alejada del centro se encuentre la cabeza lectora,
más lento habrá que hacer girar el disco. Por el
contrario, cuanto más nos aproximemos al centro del disco
más aumentará la velocidad de rotación. Si
se mantuviese una velocidad de giro constante ocurriría
que en el borde más alejado del centro del disco, al tener
una velocidad angular superior, los sectores (y, por tanto, los
bits), pasarían a una velocidad muy superior a los del
centro y, en consecuencia, se producirían errores en la
lectura, ya que los bits no pasarían a una velocidad
constante por la cabeza lectora.
La cabeza lectora para acceder a la información
se sitúa alejada del disco (a un milímetro), tanto
el disco como la cabeza lectora no sufren desgaste alguno, a la
vez que se hace prácticamente imposible el que dicha
cabeza se rompa. Esto da al CD una extraordinaria fiabilidad en
su utilización.
Los discos DVD se
destacan por su altísima capacidad de almacenamiento:
desde 4.7 a 18 GB, que permiten almacenar dos horas de
vídeo de alta calidad, con
pistas de datos y sonido
estéreo. Además, el formato de los datos, la
tecnología de lectura / escritura y el software correspondiente es
el mismo para los DVD destinados a soporte de películas
para televisión, es decir, los DVD podrán
usarse indistintamente en la pantalla de televisión y el monitor del
ordenador. Para terminar, DVD es compatible hacia atrás,
de forma que no tendrá ningún problema para leer
discos en formato CD. La presión de
la industria del
cine ha tenido
una influencia decisiva, no sólo en el hecho de que
empresas
competidoras hayan llegado a un acuerdo, sino en las
especificaciones técnicas
del producto. En
efecto, una película tiene una duración aproximada
de 135 minutos, lo que requiere con compresión, una
capacidad de 3500 KB/s, aproximadamente. El sonido requiere por
su parte 384 KB/s y un disco DVD tendrá tres pistas para
tres idiomas diferentes. Se han previsto también cuatro
pistas para subtítulos en otros tantos idiomas. En total,
es necesario almacenar aproximadamente 4700 KB /s, que en 135
minutos de película hacen 4.7 GB, que es la capacidad
prevista para las unidades DVD. Para conseguir esto, se
usará una mayor densidad de grabación, gracias a
láseres de menor longitud de onda.
Un disco CD-ROM actual tiene un espesor de 1.2 mm. La
especificación DVD de 4.7 GB tiene el mismo espesor y usa
un único substrato de grabación. Pero puede
reducirse a la mitad el espesor de substrato, y usar dos de ellos
unidos por una capa adhesiva, lo que permite leer por las dos
caras. Esto aumentará la capacidad hasta los 9.4
GB.
Sistema de almacenamiento masivo
(RAID)
RAID es una forma de almacenar los mismos
datos en distintos lugares; en
múltiples discos duros. Al colocar los datos en discos
múltiples, las operaciones
input/output pueden superponerse de un modo equilibrado,
mejorando el rendimiento del sistema.
Un RAID, para el
sistema operativo, aparenta ser un
sólo
disco duro lógico. El RAID emplea
la técnica conocida como "striping" (bandeado o
creación de bandas)
Básicamente el RAID es un sistema el cual permite
almacenar información en una cantidad de discos (n), de
tal forma que agilice el
proceso maquina-disco.
- El sistema RAID evitará en lo más
posible la pérdida de data de la siguiente manera: Los
discos optimizados para RAID poseen
circuitos integrados que detecta si el
disco está fallando, de ser así este circuito
se encargará por encima del tiempo real de sacar la
información y almacenarla en los otros discos, o si es
el caso en el "hot spare" (es un disco que permanece siempre
en el sistema esperando a que otro se estropee y él
entre directamente en funcionamiento).
VENTAJAS:
- Una de las ventajas del sistema RAID es la
posibilidad, con los discos hot swap, de conectarlos y
desconectarlos en "caliente"(si un disco falla no hará
falta el apagar el sistema para remplazarlo). - Reconstrucción y Regeneración.- Cuando
un disco falla la información redundante en los discos y
los datos en los discos buenos son usados para regenerar la
información de disco averiado. - La
lectura y
escritura es compartida - Rendimiento general del sistema aumenta ya que pueden
funcionar de forma paralela con los diferentes discos del
conjunto. - Dependiendo del nivel de RAID que escojamos, si uno
de los discos del conjunto falla, la unidad continúa
funcionando, sin pérdida de tiempo ni de
datos.
Arreglos paralelos e independientes
:
Arreglos paralelos: son aquellos en que cada disco
participa en todas las operaciones de entrada/salida. Ofrece
tasas altísimas de transferencia un arreglo paralelo
accederá sólo un archivo
a la vez pero lo hará a muy alta velocidad. Los RAID
de niveles 2 y 3 se implementan con arreglos
paralelos.
Arreglos independientes: son denominados así
aquellos arreglos en los cuales cada disco integrante opera en
forma independiente ofrece operaciones de entrada/salida
sumamente rápidas. Los niveles 4 y 5 de RAID se
implementan con arreglos independientes, mientras que los niveles
0 y 1 pueden ser implementados por cualquiera de las
categorías
La elección de los diferentes niveles de RAID va
a depender de las necesidades del usuario en lo que respecta a
factores como seguridad, velocidad, capacidad, costo, etc.
Resulta frecuente el uso de varios niveles RAID para distintas
aplicaciones del mismo servidor.
Oficialmente existen siete niveles diferentes de RAID (0-6).
Luego existen las posibles combinaciones de estos niveles. Los
niveles RAID 0, 1, 0+1 y 5 son los más
populares.
RAID 0: También conocido como "separación
ó fraccionamiento/ Striping". Los datos se desglosan en
pequeños segmentos y se distribuyen entre varias unidades.
Este nivel de "array" no ofrece tolerancia al
fallo; es decir los datos pueden perderse.
RAID 1: También llamado "Mirroring" es una
Creación de discos en espejo, utiliza discos adicionales
sobre los que se realiza una copia en todo momento de los datos
que se están modificando. Es una alternativa costosa para
los grandes sistemas, ya que las unidades se deben añadir
en pares para aumentar la capacidad de almacenamiento. Se
necesita un mínimo de dos unidades para implementar una
solución RAID 1.
RAID 0+1/ RAID 0/1 ó RAID 10: Combinación
de los arrays anteriores que proporciona velocidad y tolerancia
al fallo simultáneamente. El nivel de RAID 0+1 fracciona
los datos para mejorar el rendimiento, pero también
utiliza un conjunto de discos duplicados para conseguir
redundancia de datos. Es una variedad de RAID híbrida. La
principal desventaja es que requiere un mínimo de cuatro
unidades y sólo dos de ellas se utilizan para el
almacenamiento de datos.
RAID 2: adapta la técnica comúnmente usada
para detectar y corregir errores (error checking and correcting,
ECC) en memorias de
estado
sólido.
RAID 3: ofrece altas tasas de transferencia, alta
fiabilidad y alta disponibilidad, a un costo
intrínsicamente inferior que un RAID 1. Sin embargo, su
rendimiento de transacción es pobre porque todos los
discos del conjunto operan al unísono.
Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar
una solución RAID 3.
RAID 4: Basa su tolerancia al fallo en la
utilización de un disco dedicado a guardar la
información calculada a partir de los datos guardados en
los otros discos. En caso de avería de cualquiera de las
unidades de disco, la información se puede reconstruir en
tiempo real mediante la realización de una
operación lógica. Debido a su organización interna, este RAID es
especialmente indicado para el almacenamiento de ficheros de gran
tamaño, lo cual lo hace ideal para aplicaciones gráficas donde se requiera, además,
fiabilidad de los datos. Se necesita un mínimo de tres
unidades para implementar una solución RAID 4.
RAID 5: Este array ofrece tolerancia al fallo, pero
además, optimiza la capacidad del sistema permitiendo una
utilización de hasta el 80% de la capacidad del conjunto
de discos. La información del usuario se graba por bloques
y de forma alternativa en todos ellos. De esta manera, si
cualquiera de las unidades de disco falla, se puede recuperar la
información en tiempo real, sobre la marcha, mediante una
simple operación de lógica sin que el servidor deje
de funcionar.
Al distribuir la función de comprobación entre
todos los discos, se disminuye el cuello de botella y con una
cantidad suficiente de discos puede llegar a eliminarse
completamente, proporcionando una velocidad equivalente a un RAID
0.
RAID 5 es el nivel de RAID más eficaz y el de uso
preferente para las aplicaciones de servidor básicas para
la empresa.
Ofrece la mejor relación rendimiento-costo Este nivel de
array es especialmente indicado para trabajar con sistemas
operativos multiusuarios.
Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar
una solución RAID 5.
RAID 6: Similar al RAID 5, pero ofrece tolerancia
extremadamente alta a los fallos y a las caídas de disco,
ofreciendo dos niveles de redundancia. Hay pocos ejemplos
comerciales en la actualidad, ya que su costo de
implementación es mayor al de otros niveles
RAID
TIPOS DE TECNOLOGÍA
RAID
Existen dos tipos de tecnología RAID: basada en
software y basada en hardware.
A su vez, el RAID basado en hardware puede ser basado en
host o RAID externo.
La ventaja de los RAID basados en hardware es su
independencia
de la plataforma ya que son vistos por éste como un gran
disco duro más, y además son mucho más
rápidos. Los sistemas RAID software no son
implementaciones adecuadas en la mayoría de los casos, y
cada vez son menos empleados.
El software RAID puede ser una opción apropiada
cuando el factor de decisión es el coste inicial. software
RAID pueden ser la opción más cara a largo
plazo
http://www.jegsworks.com/Lessons-sp/lesson6/lesson6-1.htm
http://egp.rrp.upr.edu/PagCurso/6019/6019p5_files/frame.htm
Bibliografía
- Folk J. M.; Zoellick B., ESTRUCTURAS
DE ARCHIVOS, 1992,Addison-Wesley Iberoamericana
Realizado por:
Jorge Luis García Romero
Estudiante de Ingenieria de Sistemas
15/05/05