Discos Duros

2. Los discos
   (platters)
3. Las cabezas
   (heads)
4. El eje
5. Como funciona un disco
   duro.
6. Memoria Ram
7. Arreglo redundante de discos
   independientes
8. Definiciones

INTRODUCCION

Siempre que se enciende el computador, los discos sobre
los que se almacenan los datos giran a una gran velocidad (a menos que
disminuyan su potencia para ahorrar electricidad).

Los discos duros de hoy, con
capacidad de almacenar multigigabytes mantienen el mínimo
principio de una cabeza de Lectura/Escritura suspendida sobre una
superficie magnética que gira velozmente con precisión
microscópica.

Pero hay un aspecto de los discos duros que probablemente
permanecerá igual. A diferencia de otros componentes de la
PC que obedecen a los comandos del software, el disco duro hace ruidos cuando
emprende su trabajo. Estos ruidos son recordatorio de que es uno
de los pocos componentes de una PC que tiene carácter mecánico y
electrónico al mismo tiempo

Los discos duros pertenecen a la llamada memoria secundaria o almacenamiento secundario. Al
disco duro se le conoce con
gran cantidad de denominaciones como disco duro, rígido
(frente a los discos flexibles o por su fabricación a base
de una capa rígida de aluminio), fijo (por su
situación en el ordenador de manera permanente). Estas
denominaciones aunque son las habituales no son exactas ya que
existen discos de iguales prestaciones pero son
flexibles, o bien removibles o transportables, u otras marcas diferentes fabricantes de
cabezas.

Las capacidades de los discos duros varían desde 10
Mb. hasta varios Gb. en minis y grandes ordenadores. Para
conectar un disco duro a un ordenador es necesario disponer de
una tarjeta controladora. La velocidad de acceso depende en
gran parte de la tecnología del propio disco duro y de
la tarjeta controladora asociada al discos duro.

Estos están compuestos por varios platos, es decir
varios discos de material magnético montados sobre un eje
central sobre el que se mueven. Para leer y escribir datos en estos platos se usan las
cabezas de lectura/escritura que mediante un
proceso electromagnético
codifican / decodifican la información que han de leer
o escribir. La cabeza de lectura/escritura en un disco duro
está muy cerca de la superficie, de forma que casi vuela
sobre ella, sobre el colchón de aire formado por su propio
movimiento. Debido a esto,
están cerrados herméticamente, porque cualquier
partícula de polvo puede dañarlos.

Unidad de disco duro:

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 a
grabar y se hace pasar por 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. ara 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 una 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.

Los componentes físicos de una unidad de disco duro
son:

LOS DISCOS
(Platters)

Están elaborados de compuestos de vidrio, cerámica o aluminio finalmente pulidos y
revestidos por ambos lados con una capa muy delgada de una
aleación metálica. Los discos están unidos a un
eje y un motor que los hace guiar a una
velocidad constante entre las 3600 y 7200 RPM. Convencionalmente
los discos duros están compuestos por varios platos, es
decir varios discos de material magnético montados sobre un
eje central. Estos discos normalmente tienen dos caras que pueden
usarse para el almacenamiento de datos, si bien suele reservarse
una para almacenar información de control.

LAS CABEZAS
(Heads)

Están ensambladas en pila y son las responsables de
la lectura y la escritura de
los datos en los discos. La mayoría de los discos duros
incluyen una cabeza Lectura/Escritura a cada lado del disco, sin
embargo algunos discos de alto desempeño tienen dos o
más cabezas sobre cada superficie, de manera que cada cabeza
atiende la mitad del disco reduciendo la distancia del
desplazamiento radial. Las cabezas de Lectura/Escritura no tocan
el disco cuando este esta girando a toda velocidad; por el
contrario, flotan sobre una capa de aire extremadamente delgada(10
millonésima de pulgada). Esto reduce el desgaste en la
superficie del disco durante la operación normal, cualquier
polvo o impureza en el aire puede dañar suavemente las
cabezas o el medio. Su funcionamiento consiste en una bobina de
hilo que se acciona según el campo magnético que
detecte sobre el soporte magnético, produciendo una
pequeña corriente que es detectada y amplificada por la
electrónica de la unidad de
disco.

EL EJE

Es la parte del disco duro que actúa como soporte,
sobre el cual están montados y giran los platos del
disco.

"ACTUADOR" (actuator)

Es un motor que mueve la estructura que contiene las
cabezas de lectura entre el centro y el borde externo de los
discos. Un "actuador" usa la fuerza de un electromagneto
empujado contra magnetos fijos para mover las cabezas a
través del disco. La controladora manda más corriente a
través del electromagneto para mover las cabezas cerca del
borde del disco. En caso de una perdida de poder, un resorte mueve la
cabeza nuevamente hacia el centro del disco sobre una zona donde
no se guardan datos. Dado que todas las cabezas están unidas
al mismo "rotor" ellas se mueven al unísono. Mientras que
lógicamente la capacidad de un disco duro puede ser medida
según los siguientes parámetros:

Cilindros (cylinders)

El par de pistas en lados opuestos del disco se llama
cilindro. Si el HD contiene múltiples discos (sean n), un
cilindro incluye todos los pares de pistas directamente uno
encima de otra (2n pistas). Los HD normalmente tienen una cabeza
a cada lado del disco. Dado que las cabezas de Lectura/Escritura
están alineadas unas con otras, la controladora puede
escribir en todas las pistas del cilindro sin mover el rotor.
Como resultado los HD de múltiples discos se desempeñan
levemente más rápido que los HD de un solo
disco.

Pistas (tracks)

Un disco está dividido en delgados círculos
concéntricos llamados pistas. Las cabezas se mueven entre la
pista más externa ó pista cero a la mas interna. Es la
trayectoria circular trazada a través de la superficie
circular del plato de un disco por la cabeza de lectura /
escritura. Cada pista está formada por uno o más
Cluster.

Sectores (sectors)

Un byte es la unidad útil más pequeña en
términos de memoria. Los HD almacenan los
datos en pedazos gruesos llamados sectores. La mayoría de
los HD usan sectores de 512 bytes. La controladora del H D
determina el tamaño de un sector en el momento en que el
disco es formateado. Algunos modelos de HD le permiten
especificar el tamaño de un sector. Cada pista del disco
esta dividida en 1 ó 2 sectores dado que las pistas
exteriores son más grandes que las interiores, las
exteriores contienen mas sectores.

Distribución de un disco duro

Cluster

Es una agrupación de sectores, su tamaño
depende de la capacidad del disco. La siguiente tabla nos
muestra esta
relación.

MEDIDAS QUE DESCRIBEN EL DESEMPEÑO DE UN
HD

Los fabricantes de HD miden la velocidad en
términos de tiempo de acceso, tiempo de
búsqueda, latencia y transferencia. Estas medidas
también aparecen en las advertencias, comparaciones y en las
especificaciones. Tiempo de acceso (access time) Termino
frecuentemente usado en discusiones de desempeño, es el
intervalo de tiempo entre el momento en que un drive recibe un
requerimiento por datos, y el momento en que un drive empieza a
despachar el dato. El tiempo de acceso de un HD es una
combinación de tres factores:

  1- Tiempo de Búsqueda (seek
time)

Es el tiempo que le toma a las cabezas de
Lectura/Escritura moverse desde su posición actual hasta
la pista donde esta localizada la información deseada.
Como la pista deseada puede estar localizada en el otro lado
del disco o en una pista adyacente, el tiempo de búsqueda
variara en cada búsqueda. En la actualidad, el tiempo
promedio de búsqueda para cualquier búsqueda
arbitraria es igual al tiempo requerido para mirar a
través de la tercera parte de las pistas. Los HD de la
actualidad tienen tiempos de búsqueda pista a pista tan
cortos como 2 milisegundos y tiempos promedios de búsqueda
menores a 10 milisegundos y tiempo máximo de búsqueda
(viaje completo entre la pista más interna y la más
externa) cercano a 15 milisegundos .

2- Latencia (latency)

Cada pista en un HD contiene múltiples sectores
una vez que la cabeza de Lectura/Escritura encuentra la pista
correcta, las cabezas permanecen en el lugar e inactivas hasta
que el sector pasa por debajo de ellas. Este tiempo de espera
se llama latencia. La latencia promedio es igual al tiempo que
le toma al disco hacer media revolución y es igual en
aquellos drivers que giran a la misma velocidad. Algunos de los
modelos más
rápidos de la actualidad tienen discos que giran a 10000
RPM o más reduciendo la latencia.

3- Command Overhead

Tiempo que le toma a la controladora procesar un
requerimiento de datos. Este incluye determinar la
localización física del dato en el disco correcto,
direccionar al "actuador" para mover el rotor a la pista
correcta, leer el dato, redireccionarlo al computador.

Transferencia

Los HD también son evaluados por su transferencia,
la cual generalmente se refiere al tiempo en la cual los datos
pueden ser leídos o escritos en el drive, el cual es
afectado por la velocidad de los discos, la densidad de los bits de datos y
el tiempo de acceso. La mayoría de los HD actuales incluyen
una cantidad pequeña de RAM que es usada como cache o
almacenamiento temporal. Dado que los computadores y los HD se
comunican por un bus de Entrada/Salida, el tiempo de
transferencia actual entre ellos esta limitado por el máximo
tiempo de transferencia del bus, el cual en la mayoría de los casos
es mucho más lento que el tiempo de transferencia del
drive.

COMO FUNCIONA UN
DISCO DURO.

1. Una caja metálica hermética protege los
componentes internos de las partículas de polvo; que
podrían obstruir la estrecha separación entre las
cabezas de lectura/escritura y los discos, además de
provocar el fallo de la unidad a causa de la apertura de un surco
en el revestimiento magnético de un disco. 2. En la parte
inferior de la unidad, una placa de circuito impreso, conocida
también como placa lógica, recibe comandos del controlador de la
unidad, que a su vez es controlado por el sistema operativo. La placa
lógica convierte estos
comandos en fluctuaciones de tensión que obligan al actuador
de las cabezas a mover estas a lo largo de las superficies de los
discos. La placa también se asegura de que el eje giratorio
que mueve los discos de vueltas a una velocidad constante y de
que la placa le indique a las cabezas de la unidad en que momento
deben leer y escribir en el disco. En un disco IDE (Electrónica de Unidades
Integradas), el controlador de disco forma parte de la placa
lógica. 3. Un eje giratorio o rotor conectado a un motor
eléctrico hacen que los discos revestidos
magnéticamente giren a varios miles de vueltas por minuto.
El número de discos y la composición del material
magnético que lo s recubre determinan la capacidad de la
unidad. Generalmente los discos actuales están recubiertos
de una aleación de aproximadamente la trimillonésima
parte del grosor de una pulgada. 4. Un actuador de las cabezas
empuja y tira del grupo de brazos de las cabezas
de lectura/escritura a lo largo de las superficies de los platos
con suma precisión. Alinea las cabezas con las pistas que
forman círculos concéntricos sobre la superficie de los
discos. 5. Las cabezas de lectura/escritura unidas a los extremos
de los brazos móviles se deslizan a la vez a lo largo de las
superficies de los discos giratorios del HD. Las cabezas escriben
en los discos los datos procedentes del controlador de disco
alineando las partículas magnéticas sobre las
superficies de los discos; las cabezas leen los datos mediante la
detección de las polaridades de las partículas ya
alineadas. 6. Cuando el usuario o su software le indican al sistema operativo que lea o
escriba un archivo, el sistema operativo ordena al
controlador del HD que mueva las cabezas de lectura y escritura a
la tabla de asignación de archivos de la unidad, o FAT en
DOS (VFAT en Windows 95). El sistema operativo lee la FAT para
determinar en que Cluster del disco comienza un archivo preexistente, o que zonas
del disco están disponibles para albergar un nuevo archivo.
7. Un único archivo puede diseminarse entre cientos de
Cluster independientes dispersos a lo largo de varios discos. El
sistema operativo almacena el comienzo de un archivo en los
primeros Cluster que encuentra enumerados como libres en la FAT.
Esta mantiene un registro encadenado de los
Cluster utilizados por un archivo y cada enlace de la cadena
conduce al siguiente Cluster que contiene otra parte mas del
archivo. Una vez que los datos de la FAT han pasado de nuevo al
sistema operativo a través del sistema electrónico de
la unidad y del controlador del HD, el sistema operativo da
instrucciones a la unidad para que omita la operación de las
cabezas de lectura/escritura a lo largo de la superficie de los
discos, leyendo o escribiendo los Cluster sobre los discos que
giran después de las cabezas. Después de escribir un
nuevo archivo en el disco, el sistema operativo vuelve a enviar
las cabezas de lectura/escritura a la FAT, donde elabora una
lista de todos los Cluster del archivo.

INTERFAZ ENHANCED INTEGRATED DRIVE ELECTRONICS
(EIDE)

La norma IDE fue desarrollada por Western Digital y
Compaq Computers a partir de una interfaz de disco del AT
original que IBM creó en 1984. Desde entonces se
convirtió en la interfaz más utilizada en el entorno
PC. A pesar de esto IDE presenta unas limitaciones debido a su
dependencia de la BIOS y al diseño del que parte.
Hace poco las limitaciones en el tamaño de los HD y la
velocidad de transferencia no daban problemas, pero como se han
mejorado los procesadores y han salido
programas más complejos,
ya se notan.

Entonces se hizo un mejoramiento de las normas IDE y surgió Enhanced
IDE, por cierto la nomenclatura de estas normas son similares a las de
SCSI. Así, partiendo de la interfaz establecido de IDE
llamado ATA (AT Attachment) surge ATA-2 y ATAPI (ATA Packed
Interfaz), que permite conectar unidades de CD-ROM a controladores
ATA.

ATA-2 se encuentra en proceso de normalización, permite
alcanzar 16.6 Mbps (según el tipo de periférico que
prestan las E/S); según su esquema de translación de
direcciones se pueden encontrar dos métodos en ATA-2:

– Mediante el tradicional sistema de
cilindros/Cabezas/Sectores (CHS). De esta forma se transforman
los parámetros de CHS de la Bios en los de la unidad. Como
ventaja tiene su sencillez.

– Mediante LBA(Logical Block Address). Consiste en
transformar los parámetros CHS en una dirección de 28 bits que
puede ser usada por el sistema Operativo, los drives de los
dispositivos, etc.

En ambos casos se necesita una BIOS extra para permitir
superar la limitación de 528 Mb.

 Ventajas De Enhanced IDE:

*Máximo cuatro dispositivos conectados

*Soporta CD-ROM y cinta

*Transparencia de hasta 16.6 Mbps

*Capacidad máxima de 8.4 Gbytes

Velocidades en ATA-2

*11.1 con PIO Modo3

*13.3 Mbps con DMA Modo1

*16.6 Mbps con PIO Modo4

DEFINICIONES DE TERMINOS

ATA (AT Attachment), dispositivo de AT. Es el
dispositivo IDE que más se usa en la actualidad, por los que
a veces se confunde con el propio IDE. Originalmente se creó
para un bus ISA de 16 bits.

ATAPI (ATA PACKET INTAERFACE), Interfaz de
paquete ATA. Es una extensión del protocolo ATA para conseguir una
serie de comandos y registros que controlen el
funcionamiento de un CD-ROM, es fácilmente
adaptable para una cinta de Backup.

DMA (DIRECT MEMORY ACCESS), Acceso directo a
memoria. Componente integrado en un periférico que libera al
procesador en la tarea de
transferir datos entre dispositivos y memoria. El acceso se
realiza por bloque de datos.</ P>

PIO (PROGRAMABLE INPUT/OUTPUT), Entrada/Salida
programable. Componente encargado de ejecutar las instrucciones
dirigidas a los periféricos. A diferencia
de la DMA requiere atención del procesador para su
funcionamiento. Como contrapartida es mucho más sencillo y
barato.

Controladoras

La interface es la conexión entre el mecanismo de
la unidad de disco y el bus del sistema. Define la forma en que
las señales pasan entre el bus del sistema y el disco duro.
En el caso del disco, se denomina controladora o tarjeta
controladora, y se encarga no sólo de transmitir y
transformar la información que parte de y llega al disco,
sino también de seleccionar la unidad a la que se quiere
acceder, del formato, y de todas las órdenes de bajo nivel
en general. La controladora a veces se encuentra dentro de la
placa madre.

Se encuentran gobernados por una controladora y un
determinado interface que puede ser:

·
ST506: Es un interface a nivel de
dispositivo; el primer interface utilizado en los PC’s.
Proporciona un valor máximo de
transferencia de datos de menos de 1 Mbyte por segundo.
Actualmente esta desfasado y ya no hay modelos de disco duro
con este tipo de interface.

·
ESDI: Es un interface a nivel de
dispositivo diseñado como un sucesor del ST506 pero con un
valor más alto de transferencia de datos (entre 1,25 y 2.5
Mbytes por segundo).Ya ha dejado de utilizarse este interface y
es difícil de encontrar.

·
IDE: Es un interface a nivel de sistema
que cumple la norma ANSI de acoplamiento a los AT y que usa una
variación sobre el bus de expansión del AT (por eso
también llamados discos tipo AT) para conectar una unidad
de disco a la CPU, con un valor
máximo de transferencia de 4 Mbytes por segundo. En
principio, IDE era un término genérico para cualquier
interface a nivel de sistema. La especificación inicial de
este interface está mal definida. Es más rápida
que los antiguos interfaces ST506 y ESDI pero con la
desaparición de los ATs este interface desaparecerá
para dejar paso al SCSI y el SCSI-2.

Íntimamente relacionado con el IDE, tenemos lo
que se conoce como ATA, concepto que define un conjunto
de normas que deben cumplir los dispositivos. Años
atrás la compañía Western Digital introdujo el
standard E-IDE (Enhanced IDE), que mejoraba la tecnología superando el
límite de acceso a particiones mayores de 528 Mb. y se
definió ATAPI, normas para la implementación de
lectores de CD-ROM y unidades de cinta
con interfaz IDE. E-IDE se basa en el conjunto de
especificaciones ATA-2. Como contrapartida comercial a E-IDE,
la empresa Seagate presento el
sistema FAST-ATA-2, basado principalmente en las normas ATA-2.
En cualquier caso a los discos que sean o bien E-IDE o
FAST-ATA, se les sigue aplicando la denominación IDE como
referencia. Para romper la barrera de los 528 Mb. las nuevas
unidades IDE proponen varias soluciones:

* El
CHS es una traducción entre los parámetros que
la BIOS contiene de cilindros, cabezas y sectores (ligeramente
incongruentes) y los incluidos en el software de sólo
lectura (Firmware) que incorpora la unidad de disco.

* El
LBA (dirección lógica
de bloque), estriba en traducir la información CHS en una
dirección de 28 bits manejables por el sistema operativo,
para el controlador de dispositivo y para la interfaz de la
unidad.

Debido a la dificultad que entraña la
implemetación de la compatibilidad LBA en BIOS, muchos de
los ordenadores personales de fabricación más
reciente continúan ofreciendo únicamente
compatibilidad con CHS. El techo de la capacidad que permite
las solución CHS se sitúa en los 8,4 Gb, que por el
momento parecen suficientes.

·
SCSI: Es un interface a nivel de
sistema, diseñado para aplicaciones de propósito
general, que permite que se conecten hasta siete dispositivos a
un único controlador. Usa una conexión paralela de 8
bits que consigue un valor máximo de transferencia de 5
Mbytes por segundo. Actualmente se puede oír hablar
también de SCSI-2 que no es más que una versión
actualizada y mejorada de este interface. Es el interface con
más futuro, si bien tiene problemas de compatibilidad
entre las diferentes opciones de controladoras, discos duros,
impresoras, unidades de
CD-ROM y demás dispositivos que usan este interface debido
a la falta de un estándar verdaderamente
sólido.

Las mejoras del SCSI-2 sobre el SCSI tradicional son
el aumento de la velocidad a través del bus, desde 5 Mhz a
10 Mhz, duplicando de esta forma el caudal de datos.
Además se aumenta el ancho del bus de 8 a 16 bits,
doblando también el flujo de datos. Actualmente se ha
logrado el ancho de 32 bits, consiguiendo velocidades
teóricas de hasta 40 Mbytes / seg.

Los interfaces IDE y SCSI llevan la electrónica
del controlador en el disco, por lo que el controlador
realmente no suele ser mas que un adaptador principal para
conectar el disco al PC. Como se puede ver unos son interfaces
a nivel de dispositivo y otros a nivel de sistema, la
diferencia entre ambos es:

INTERFACE A NIVEL DE DISPOSITIVO: Es un
interface que usa un controlador externo para conectar discos
al PC. Entre otras funciones, el controlador
convierte la ristra de datos del disco en datos paralelos para
el bus del microprocesador principal
del sistema. ST506 y ESDI son interfaces a nivel de
dispositivo.

INTERFACE A NIVEL DE SISTEMA: Es una
conexión entre el disco duro y su sistema principal que
pone funciones de control y separación de
datos sobre el propio disco (y no en el controlador externo),
SCSI e IDE son interfaces a nivel de sistema.

Distribución de la
Información : Grabación y Acceso.

Para grabar información en la superficie, se
siguen una serie de códigos, que transforman un
patrón de bits en una secuencia de celdas con diferentes
estados de magnetización.

Procesos de grabación

· GCR
(Group Coding Recording – Codificación de
grupo de grabación) Es
un proceso de almacenamiento en el que los bits se empaquetan
como grupos y son almacenados bajo
un determinado código.

· ZBR
(Zone Bit Recording) Es un proceso de almacenamiento que
coloca más sectores sobre las pistas exteriores del disco
que son más largas, pero mantienen un valor constante de
rotación. Esta diseñado para colocar más datos
sobre el disco, sólo puede usarse con interfaces
inteligentes.

Proceso de Codificación

·
FM: Es la codificación más
sencilla, consiste en la grabación de un cambio de flujo para cada
uno, y el omitir el cambio de flujo para cada
cero. Este procedimiento se puede realizar
con una electrónica de control relativamente simple, pero
tiene el inconveniente de que cada bit de datos consume dos
cambios de flujo, limitando mucho la capacidad del
disco.

· MFM
(Modified Frequency Modulation – Modulación de frecuencia
modificada) Método de
codificación magnética de la información que
crea una correspondencia 1 a 1 entre los bits de datos y
transiciones de flujo (cambios magnéticos) sobre un disco.
Emplea una menor densidad de almacenamiento y
presenta una velocidad más baja de transferencia que el
RLL.

Esta tecnología es usada en los discos flexibles
y en los primeros discos duros. Cada bit de datos es almacenado
sobre una región física lo suficientemente grande para
contener 2 posibles posiciones 00, 01 ó 10. Entre cada 2
bits de datos hay un bit que se llama de "reloj" y que se usa
para validar las lecturas, así como para sincronizarlas.
Este bit hace que sea uno cuando está situado entre 2 bits
de datos a cero y se hace cero cuando está situado entre
cualquier otra combinación de bits de datos. Así se
hace imposible que se puedan leer más de 3 bits
consecutivos con un valor de cero, o mas de un bit seguido a
uno. Esto es cierto para todas las informaciones almacenadas en
el disco excepto para las áreas de control del mismo cuyas
marcas de comienzo de pista,
sector y datos tienen 4 bits consecutivos a cero en su "adress
mark". Evidentemente, estos sistemas, aunque fiables, son
unos grandes consumidores de espacio ya que emplean
prácticamente la mitad del espacio en bits de
reloj.

·
RLL: (Run Length Limited –
Longitud recorrido limitado) Método de codificar la
información magnéticamente que usa GCR para almacenar
bloques en vez de bits individuales de datos. Permite
densidades mayores de almacenamiento y velocidades mas altas de
transferencia que MFM. En la práctica, permite incrementar
en un 50% la capacidad de un disco respecto al sistema de
grabación MFM. Los métodos de grabación
RLL utilizan un conjunto complejo de reglas para determinar el
patrón de pulsos para cada bit basado en los valores de los bits
precedentes. Este sistema se puede clasificar dependiendo de la
distancia máxima y mínima de silencios entre dos
pulsos, por ejemplo; el RLL 2,7 tiene una distancia mínima
entre pulsos de 2 silencios y una máxima de 7.

Datos de control del disco

Es casi imposible evitar impurezas en la superficie
magnética del disco, esto provoca que existan determinados
sectores que son defectuosos.

En los antiguos discos estos sectores venían
apuntados por el control de calidad del fabricante
del disco. En el formateo de bajo nivel, el usuario debería
indicárselos al programa formateador. En los
modernos, las direcciones de estos sectores se graban en pistas
especiales o se reconocen durante el formateo a bajo nivel del
disco, estos sectores se saltan o bien son sustituidos por otros
que están en zonas protegidas. Es allí donde se guardan
las tablas que marcan los sectores defectuosos y sus
sustituciones. Esto disminuye el acceso al disco duro, pero
teniendo en cuenta que el porcentaje de sectores defectuosos es
mínimo, prácticamente no tiene importancia.

Hay que tener en cuenta que no toda la información
que se encuentra en la superficie de los discos son datos,
existen zonas donde se almacena información de
control.

Entre la información que se encuentran dentro de
un sector:

·
Numero de sector y cilindro

·
El ECC (Error Correction Code) DATA.

·
La zona de datos

·
Zonas de separación entre zonas o entre
pistas

También existen pistas extra donde se recogen otras
informaciones como:

·
Pistas "servo" donde se guardan cambios de flujo
según un esquema determinado, para la sincronización
al pulso de datos, necesario para la correcta compresión
de las informaciones en RLL.

·
Pistas de reserva, normalmente usadas como reserva
de sectores defectuosos.

·
Pistas de aparcamiento, usadas para retirar los
cabezales evitando así choques del cabezal con la
superficie con datos ante vibraciones o golpes de la
unidad.

Tiempos de acceso, Velocidades y su
medición

Existen una serie de Factores de Velocidad
relacionados con los discos duros que son necesarios conocer
para comprender su funcionamiento y sus diferencias.

· Tiempo
de búsqueda de pista a pista : intervalo de tiempo
necesario para desplazar la cabeza de lectura y escritura
desde una pista a otra adyacente.

· Tiempo
medio de acceso : tiempo que tarda, como media, para
desplazarse la cabeza a la posición actual. Este tiempo
promedio para acceder a una pista arbitraria es equivalente
al tiempo necesario para desplazarse sobre 1/3 de las pistas
del disco duro. El antiguo IBM PC/XT utilizaba discos de 80 a
110 milisegundos, mientras que los AT usaban discos de 28 a
40 milisegundos, y los actuales sistemas 386, 486 y
PENTIUMÒ
usan discos de menos de 20 milisegundos.

·
Velocidad de Rotación: Número de
vueltas por minuto (RPM) que da el disco.

·
Latencia Promedio : Es el promedio de tiempo
para que el disco una vez en la pista correcta encuentre el
sector deseado, es decir el tiempo que tarda el disco en dar
media vuelta. Velocidad de transferencia : velocidad a la que
los datos (bits) pueden transferirse desde el disco a la
unidad central. Depende esencialmente de dos factores : la
velocidad de rotación y la densidad de almacenamiento de
los datos en una pista

3600 rpm = 1 revolución cada 60/3600
segundos (16,66 milisegundos)

Si calculamos el tiempo de ½ vuelta –>
Latencia Promedio 8,33 milisegundos

Una comparativa entre un disquete y un disco duro de
todos estos Factores mencionados anteriormente
sería:

El tiempo de búsqueda depende del
tamaño de la unidad (2", 3"½, 5"¼), del
número de pistas por pulgada (que a su vez depende
de factores como el tamaño de los dominios
magnéticos) y de la velocidad y la precisión de los
engranajes del cabezal. La latencia depende de la velocidad de
rotación y equivale a la mitad del tiempo que tarda
el disco en describir un giro completo. El rendimiento total
también depende de la disposición de los dominios
magnéticos, uso de ZBR.

Para mejorar el tiempo de acceso se reduce esa
latencia acelerando la rotación del disco o velocidad de
eje. Hace unos años todos los discos duros giraban a la
misma velocidad unos 3600 rpm, la latencia resultante era de
8,3 milisegundos. Hoy las unidades de disco más
rápidas para PC giran a 5400 rpm (un 50% más
rápidas) y por tanto su latencia es de 5,6 milisegundos.
Algunos discos siguen usando los 3600 rpm para consumir menos
energía.

El trabajar a velocidades elevadas plantea varios
problemas: El primer problema es que a esta velocidad la
disipación del calor se concierte en un
problema. El segundo es que exige a usar nuevos motores articulados pro fluidos
para los engranajes, los actuales motores de cojinetes no pueden
alcanzar estas velocidades sin una reducción drástica
de fiabilidad, se quemarían demasiado
rápido.

Además de todas estas características de
velocidades y tiempos de acceso de los discos duros existen una
serie de técnicas que nos permiten
aminorar los accesos a disco así como acelerar las
transferencias de datos entre el sistema y el dispositivo en
cuestión. Una de las técnicas más
conocidas en la informática para hacer
esto es la del uso de memorias intermedias,
buffers o cachés.

· Buffer
De Pista: Es una memoria incluida en la electrónica de
las unidades de disco, que almacena el contenido de una pista
completa. Así cuando se hace una petición de lectura
de una pista, esta se puede leer de una sola vez, enviando la
información a la CPU, sin necesidad de
interleaving.

·
Cachés De Disco: Pueden estar
dentro del propio disco duro, en tarjetas especiales o bien a
través de programas usar la memoria central. La
gestión de esta memoria
es completamente invisible y consiste en almacenar en ella los
datos más pedidos por la CPU y retirar de ella aquellos no
solicitados en un determinado tiempo. Se usan para descargar al
sistema de las lentas tareas de escritura en disco y aumentar
la velocidad.

Aparte de la velocidad del disco duro y de la
controladora la forma en que se transfieren los datos de
ésta a la memoria deciden
también la velocidad del sistema. Se pueden emplear 4
métodos:

·
Programed I/O (Pio Mode): La
transferencia de datos se desarrolla a través de los
diferentes puerto I/O de la controladora que también
sirven para la transmisión de comandos (IN / OUT). La tasa
de transferencia está limitada por los valores del bus PC, y por el
rendimiento de la CPU. Se pueden lograr transferencias de 3 a 4
Mbytes. Con el modo de transferencia PIO 4, que es el
método de acceso que actualmente utilizan los discos
más modernos, es posible llegar a tasas de transferencia
de 16,6 Mbytes / seg.

· Memory
mapped I/O: La CPU puede recoger los datos de
la controladora de forma más rápida, si los deja en
una zona de memoria fija, ya que entonces se puede realizar la
transferencia de los datos a una zona de memoria del programa correspondiente con la
introducción MOV,
más rápida que los accesos con IN y OUT. El valor
teórico máximo es de 8 Mbytes / seg.

·
DMA: Es la transferencia de datos desde
el disco a la memoria evitando pasar por la CPU. La ventaja de
usar el DMA es que se libera al procesador para trabajar en
otras tareas mientras las transferencias de datos se realizan
por otro lado. El DMA además de ser inflexible es lento,
no se puede pasar de más de 2 Mb. por segundo.

· Bus
Master DMA: En esta técnica la
controladora del disco duro desconecta la controladora del bus
y transfiere los datos con la ayuda de un cotrolador Bus Master
DMA con control propio. Así se pueden alcanzar velocidades
de 8 a 16 Mb. por segundo.

Últimas Tecnologías y
Tendencias

La aceleración del los nuevos disco IDE se basan en
dos métodos:

· Con
el control de flujo a través de IORDY (en referencia a la
línea de bus ATA " Canal de e/s preparado" se acelera el
control PIO. Gracias al control de flujo, la parte
electrónica de la unidad de disco puede regular las
funciones de transferencia de datos del microprocesador, y el disco
duro puede comunicarse con el bus a mayor velocidad de manera
fiable. El standard PIO modo 3 tiene una transferencia
teórica máxima de 11,1 Mbytes / seg., el nuevo PIO
modo 4 de 16,6 Mbytes, y el futuro PIO modo 5 promete hasta 33
Mbytes / seg.

· El
otro método alternativo denominado FAST Multiword DMA con
el controlador DMA (acceso directo a memoria) sustituye al
procesador en el gobierno de las transferencias
de datos entre el disco duro y la memoria del sistema. SSF
define que el Modo 1 de transferencias DMA soporte velocidades
internas de hasta 13,3 Mbps, lo que es equiparable a los
resultados del control PIO en modo 3.

Los disco duros de hoy (especialmente los de
mañana) se adentran en complicadas tecnologías y
campos científicos (mecánica cuántica,
aerodinámica, y elevadas velocidades de rotación). La
combinación de estas tecnologías permite que la
capacidad de los discos duros aumente cerca de un 60 % cada
año; cada cinco años se multiplica por diez su
capacidad. Los analistas esperan que este ritmo de crecimiento
no se mantenga hasta finales de siglo.

Para mejorar las posibilidades del disco duro hay que
acercar los cabezales a la superficie del disco. Los cabezales
pueden escribir y leer dominios magnéticos menores, cuanto
menor sean éstos mayor densidad de datos posible de cada
plato. Pero cuanto más cerca estén los cabezales,
mayor será la probabilidad de colisión
con la superficie. Una solución es recubrir el plato con
materiales protectores,
rediseñar las características
aerodinámicas de los cabezales, etc. Además el paso
de una mayor cantidad de datos por los cabezales exige
perfeccionar los componentes electrónicos, e incluso puede
obligar a ampliar la memoria caché integrada . Además
no hay que olvidar que los dominios menores son estables a las
temperaturas de funcionamiento normales. Y todo esto a un
precio
competitivo.

Ejemplo de nuevos diseños es la tecnología
MR (Magnetoresistiva) de IBM que utiliza nuevos materiales. Usa cabezales
con mejor relación señal /ruido que los de tipo
inductivo, separando los de lectura de los de escritura. Pueden
trabajar con dominios magnéticos menores aumentando la
densidad de almacenamiento. Además son menos sensibles al
aumento de la velocidad permitiendo velocidades de
rotación mayores. Sus inconvenientes son su dificultad y
alto precio de fabricación,
y su sensibilidad ante posibles cargas eléctricas. Se
investiga en una mejora llamada GMR (MR Gigante) que emplea el
efecto túnel de electrones de la mecánica
cuántica.

Nuevas tecnologías van encaminadas a potenciar la
resistencia de la superficie
magnética de los platos con materiales antiadherentes
derivados del carbono. Esto junto con las
técnicas de cabezales de grabación en proximidad, los
TRI-PAD (cabezales trimorfos) y los de contacto virtual
permiten acercar los cabezales hasta incluso entrar
ocasionalmente en contacto con la superficie del
plato.

A través de la técnica de carga dinámica del cabezal se
garantiza la distancia de vuelo del cabezal respecto a la
superficie, usando zonas de seguridad y cierres
inerciales en las cabezas. Así no se necesita una
preparación especial de la superficie del
plato.

Estructura Lógica De Los Discos
Duros

Lo que interrelaciona los discos duros con los
disquetes, es su estructura, que se resumen
en diferentes funciones del BIOS, que sirven entre otras cosas
para el acceso a los mismos.

En primer lugar, internamente los discos duros se
pueden dividir en varios volúmenes homogéneos. Dentro
de cada volumen se encuentran una
estructura que bajo el sistema operativo del Ms-Dos, sería la
siguiente:

Como se muestra en el cuadro anterior,
cada volumen se divide en diferentes zonas que por una parte
acogen las diferentes estructuras de datos del
sistema de archivos, y por otra los diferentes archivos y
subdirectorios. En dicho cuadro no se han hecho referencia al
tamaño de las diferentes estructuras de datos y
zonas. Pero no es posible describirlas, ya que se adaptan
individualmente al tamaño del volumen
correspondiente

· El
Sector de Arranque : Al formatear un volumen, el sector de
arranque se crea siempre como primer sector del volumen, para
que sea fácil de localizar por el DOS. En él se
encuentra información acerca del tamaño, de la
estructura del volumen y sobre todo del BOOTSTRAP-LOADER,
mediante el cual se puede arrancar el PC desde el DOS. A
ésta parte se le llama sector de arranque
(BOOT).

· La Tabla
de Asignación de Ficheros (File Allocation Table) (FAT)
: Si el DOS quiere crear nuevos archivos, o ampliar
archivos existentes, ha de saber qué sectores del volumen
correspondiente quedan libres, Estas informaciones las toma la
llamada FAT. Cada entrada a esta tabla se corresponde con un
número determinado de sectores, que son adyacentes
lógicamente en el volumen. Cada uno de estos grupos de sectores se llama
Cluster. El tamaño de las diferentes entradas de
esta tabla en las primeras versiones del DOS era de 12 bits.
con lo que se podían gestionar hasta 4.096 Clusters,
correspondiente a una capacidad aproximada de 8 Mbytes. En
vista del problema que surgió al aparecer discos duros de
capacidades más elevadas, se amplió el tamaño a
16 bits., permitiendo el direccionamiento de un máximo de
65.535 Clusters. Actualmente se está creando FAT’s
de hasta 32 bits, para discos duros capaces de almacenar Gigas
de información.

· Una o
más copias de la FAT : El DOS permite a un programa de
formateo crear no sólo una, sino varias copias
idénticas de la FAT. Si el DOS encuentra uno de estos
medios, cuida todas las
copias de la FAT simultáneamente, así que guarda
allí los nuevos clusters ocupados o liberados al crear o
borrar archivos. Esto ofrece la ventaja de que se puede
sustituir la FAT primaria en caso de defecto por una de sus
copias, para evitar la pérdida de datos.

· El
directorio Raíz : La cantidad máxima de entradas
en el directorio raíz se limita por su tamaño,
que se fija en el sector de arranque. Ya que el directorio
raíz representa una estructura de datos estática, que no crece si
se guardan más y más archivos o subdirectorios. De
ahí que, dependiendo del tamaño, bien un disco duro o
bien de volumen, se selecciona el tamaño del directorio
raíz en relación al volumen.

· La Zona
de Datos : Es la parte del disco duro en la que se almacena
los datos de un archivo. Esta zona depende en casi su totalidad
de las interrelaciones entre las estructuras de datos que
forman el sistema de archivos del DOS, y del camino que se
lleva desde la FAT hacia los diferentes sectores de un
archivo.

Ventajas e Inconvenientes frente a otros sistemas de
almacenamiento.

Floppys (Disquetes):

·
Ventajas:

– Bajo coste de fabricación.

– Standarización de los formatos; número de
cabezas, sectores, cilindros.

– Es extraible y compatibilidad.

·
Inconvenientes:

• Poca fiabilidad de los datos almacenadas.
• Una escasa capacidad de almacenamiento.

Unidades de CD-ROM:

·
Ventajas:

– Velocidad de lectura similar a los Discos
Duros.

– Gran capacidad a muy bajo coste.

– La cabeza lectora no va incorporada en el
disco.

·
Inconvenientes:

– Es de sólo lectura.

– El disco únicamente reescribible una sola
vez.

– El disco de CD-ROM no lleva los cabezales de lectura
/ escritura incorporados.

Streamers (Unidades de Cinta):

·
Ventajas:

– Seguridad en la
grabación de los datos.

– Gran capacidad a bajo coste.

·
Inconvenientes:

– Los Discos duros son mucho más rápidos en
lectura / escritura, ya que la cinta realiza una lectura
secuencia, mientras que la cabeza lectura de los discos duros
se posiciona en cualquier parte la superficie en tiempos casi
despreciable

MEMORIA
RAM

·
Ventajas:

– Mayor rapidez que los discos duros.

·
Inconvenientes:

– Elevado coste en relación a su
capacidad.

– La información contenida en la memoria es
volátil, mientras que el almacenamiento en discos duros es
estática.

– La memoria de un ordenador es 100 veces menor que la
capacidad de los discos duros.

Papel:

·
Ventajas:

– Portabilidad.

– Suele deteriorarse con más facilida que un
disco duro.

·
Inconvenientes:

– No es ecológico,

– Las búsquedas son machismo más
lentas.

– El elevado coste en comparación con la
capacidad de las páginas de textos, documentos, etc. Que es capaz
de almacenar un disco duro.

ARREGLO
REDUNDANTE DE DISCOS INDEPENDIENTES

Que es tecnología RAID?

El concepto de RAID fue desarrollado
por un grupo de científicos en la Universidad de California en
Berkley en 1987. Los científicos investigaban usando
pequeños HD unidos en un arreglo (definido como dos o mas HD
agrupados para aparecer como un dispositivo único para el
servidor) y compararon el
desempeño y los costos de este tipo de
configuración de almacenamiento con el uso de un SLED
(Single Large Expensive Disk), común en aplicac iones de
MainFrames.

Su conclusión fue que los arreglos de Hd
pequeños y poco costosos ofrecían el mismo o un mejor
desempeño que los SLED. Sin embargo, dado que había mas
discos usados en un arreglo el MTBDL (Mean Time Be fore Data
Loss) -calculado dividiendo el MTBF (Mean Time Between Failures)
por el número de discos en el arreglo- sería
inaceptablemente bajo.

Los problemas entonces fueron como manejar el MTBF y
prevenir que la falla de un solo HD causara pérdida de datos
en el arreglo. Para mejorar esto, propusieron 5 tipos de arreglos
redundantes, Definiéndolas como RAID Nivel 1 hasta 5. El
nivel del RAID es Simplemente la arquitectura que determina como
se logra la redundancia y como los datos están distribuidos
a través de los HD del arreglo.

Adicional al RAID 1 hasta 5, una configuración de
arreglo no redundante que emplea partición de datos (esto es
partir los archivos en bloques pequeños y distribuir estos
bloques a través de los HD del arreglo ), esto es conocido
como RAID 0.

 DEFINICIONES:

RAID 0

También llamado partición de los discos, los
datos son distribuidos a través de discos paralelos. RAID 0
distribuye los datos rápidamente a los usuarios, pero no
ofrece mas protección a fallas de h ardware que un simple
disco.

RAID 1

También llamado Disk mirroring provee la mas alta
medida de protección de datos a través de una completa
redundancia. Los datos son copiados a dos discos
simultáneamente. La disponibilidad es alta pero el costo también dado que los
usuarios deben comprar dos veces la capacidad de almacenamiento
que requieren.

RAID 0/1

Combina Disk mirroring y partición de datos. El
resultado es gran disponibilidad al mas alto desempeño de
entrada y de salida para las aplicaciones de negocios mas criticas. A este
nivel como en el RAID 1 los discos so n duplicados. Dado que son
relativamente no costosos, RAID 0/1 es una alternativa para los
negocios que necesitan
solamente uno o dos discos para sus datos, sin embargo, el
costo puede convertirse en un
problema cuando se requieren mas de dos discos.

RAID 3

Logra redundancia sin mirroring completo. El flujo de
los datos es particionado a través de todos los HD de datos
en el arreglo. La información extra que provee la
redundancia esta escrito en un HD dedicado a la parida d. Si
cualquier HD del arreglo falla, los datos perdidos pueden ser
reconstruidos matemáticamente desde los miembros restantes
del arreglo. RAID 3 es especialmente apropiado para procesamiento
de imagen, colección de
datos científicos , y otras aplicaciones en las cuales
grandes bloques de datos guardados secuencialmente deben ser
transferidos rápidamente

RAID 5

Todos los HD en el arreglo operan independientemente. Un
registro entero de datos es
almacenado en un solo disco, permitiendo al arreglo satisfacer
múltiples requerimientos de entrada y salida al mismo
tiempo. La informaci&oa cute;n de paridad esta distribuida en
todos los discos, aliviando el cuello de botella de acceder un
solo disco de paridad durante operaciones de entrada y salida
concurrentes. RAID 5 está bien recomendado para procesos de transacciones
on-line, au tomatización de oficinas, y otras aplicaciones
caracterizadas por gran numero de requerimientos concurrentes de
lectura. RAID 5 provee accesos rápidos a los datos y una
gran medida de protección por un costo mas bajo que el Disk
Mirro ring

RAID 10

La información se distribuye en bloques como en
RAID-0 y adicionalmente, cada disco se duplica como RAID-1,
creando un segundo nivel de arreglo. Se conoce como "striping de
arreglos duplicados". Se requieren, dos canales, dos discos para
cada canal y se utiliza el 50% de la capacidad para
información de control. Este nivel ofrece un 100% de
redundancia de la información y un soporte para grandes
volúmenes de datos, donde el precio no es un factor importan
te. Ideal para sistemas de misión crítica donde se
requiera mayor confiabilidad de la información, ya que
pueden fallar dos discos inclusive (uno por cada canal) y los
datos todavía se mantienen en línea. Es apropiado ta
mbién en escrituras aleatorias pequeñas.

RAID 30

Se conoce también como "striping de arreglos de
paridad dedicada". La información es distribuida a
través de los discos, como en RAID-0, y utiliza paridad
dedicada, como RAID-3 en un segundo canal. Proporciona u na alta
confiabilidad, igual que el RAID-10, ya que también es capaz
de tolerar dos fallas físicas de discos en canales
diferentes, manteniendo la información disponible. RAID-30
es el mejor para aplicaciones no interactivas, tales co mo
señales de video, gráficos e imágenes que procesan
secuencialmente grandes archivos y requieren alta velocidad y
disponibilidad.

RAID 50

Con un nivel de RAID-50, la información se reparte
en los discos y se usa paridad distribuida, por eso se conoce
como "striping de arreglos de paridad distribuida". Se logra
confiabilidad de la información, un buen ren dimiento en
general y además soporta grandes volúmenes de datos.
Igualmente, si dos discos sufren fallas físicas en
diferentes canales, la información no se pierde. RAID-50 es
ideal para aplicaciones que requieran un almacenami ento
altamente confiable, una elevada tasa de lectura y un buen
rendimiento en la transferencia de datos. A este nivel se
encuentran aplicaciones de oficina con muchos usuarios
accediendo pequeños archivos, al igual que procesamiento de
transaccion es.

Máximas y mínimas cantidades de HD que se
pueden ordenar para los diferentes niveles de RAID

 Eduardo Tapia