Discos Magnéticos y unidades de discos

1. ¿Qué lugar ocupan las
unidades de discos magnéticos y ópticos dentro del
conjunto de los periféricos más
comunes?
2. ¿Qué tipos de discos
se usan en el presente en las unidades de disco, disquete y CD,
de
equipos de computación?
3. ¿Cuáles son las
propiedades y funciones de los discos
magnéticos?
4. ¿Qué es un disco
magnético, y cómo se escribe o lee cada bit de un
sector?
5. ¿Qué se denomina cilindro en
la organización física de un disco o
disquete?
6. ¿De qué depende la cantidad de
bytes que puede almacenar un disquete o un disco
magnético?
7. ¿Qué significa que un disco o
disquete es un medio de almacenamiento de acceso
directo?
8. ¿Cómo se localiza un sector de
un disco/disquete, y por qué se dice que es
direccionable?
9. ¿Qué son los tiempos de
posicionamiento, latencia y acceso en un disco o
disquete
10.
¿Qué son tiempo y velocidad de transferencia de
datos?
11. ¿Cómo
están construidos, protegidos, y se accede a los discos
flexibles?
12. ¿Qué funciones
cumple una unidad de disquetes ("Floppy Disk
Drive")?
13. Aspectos particulares de
discos rigidos y unidades de disco
rigido
14. ¿Qué significa
que un disco está muy
fragmentado?
15. ¿Cómo
están en el presente organizados físicamente los
sectores en las pistas de los discos
rígidos?
16. En un disco rígido
actual, ¿cómo localiza el cabezal más
rápidamente un cilindro?
17. ¿Qué
funciones realiza una unidad de disco inteligente ATA-IDE o FAST
ATA?
18. ¿Qué son los
números "lógicos" de cilindro, cabeza, sector y el
LBA?
19. ¿En qué
consisten los métodos de grabación MFM y
RLL?
20. ¿Qué es un
disquete
"floptical"?
21. ¿Qué son los
disquetes y unidades
ZIP?

 1. ¿Qué
lugar ocupan las unidades de discos magnéticos y
ópticos dentro del conjunto de los periféricos más
comunes?

Los discos, sean rígidos, CDs, o disquetes se
consideran memoria auxiliar
o secundaria, de gran capacidad de almacenamiento en
relación con la memoria
principal, pero de acceso un millón de veces más
lento.

Determinamos dos clases de periféricos, de entrada (teclado,
unidad de discos, mouse,
escáner, módem, etc.): son dispositivos que sirven
para entrar del "exterior" datos a procesar
y programas para
procesarlos, cuyo destino será la memoria.
Periféricos de salida (monitor,
impresora,
unidad de discos, módem, etc.): son dispositivos
encargados de transferir al "exterior" la información proveniente de memoria, sean
datos
procesados o programas.

Las unidades de discos y de CD se designan
periféricos de almacenamiento
masivo. En una operación de entrada leen archivos de datos
o programas archivados en esos discos, los cuales luego
llegarán a memoria; y en una operación de salida
permiten archivar resultados que estaban en memoria.

Desde CD-ROM y
semejantes sólo son posibles operaciones de
entrada.

2. ¿Qué
tipos de discos se usan en el presente en las unidades de disco,
disquete y CD, de los
equipos de computación?

Los distintos tipos de discos existentes para computación, tienen en común que se
emplea como soportes para almacenar grandes cantidades de
información (datos y programas), en general
durante largo tiempo. Difieren
en la tecnología de almacenamiento / lectura, en la
cantidad de información que memorizan, en el tiempo que se
tarda en acceder y transferir datos requeridos, en la seguridad con que
mantienen la información durante un tiempo estimado, y en
el costo por
megabyte almacenado.

La siguiente clasificación se hace en
función del primero de los aspectos citados: la tecnología de
almacenamiento y lectura,
determinante de los restantes.

3. ¿Cuáles son las
propiedades y funciones de los
discos magnéticos?

Un disco magnético (rígido o flexible) es
sinónimo de soporte de almacenamiento externo, complemento
auxiliar de la memoria principal RAM de una
computadora
(memoria electrónica interna de capacidad limitada,
un millón de veces más rápida de acceder que
un disco, pero volátil).

1. Tiene capacidad para almacenar masivamente grandes
   cantidades de información en reducidos espacios con el
   consiguiente bajo costo
   relativo por byte almacenado.
2. Es memoria "no volátil": guarda largo tiempo
   los bits almacenados aunque se retire el suministro de energía
   eléctrica, propiedad
   que la memoria principal carece.
3. Permite acceder en pocos segundos, casi directamente,
   al lugar donde se halla un bloque de datos a leer o escribir,
   sin necesidad de búsqueda en todos los bloques de datos
   que le preceden, como ocurre en una cinta
   magnética.

La información residente en un disco está
agrupada y clasificada constituyendo archivos o
ficheros ('files"), como quiera llamarse, identificables por su
nombre. Un archivo puede
contener datos o programas.

Con la tecnología actual de los sistemas de
computación, gran parte de los procesos de
Entrada y Salida de datos tienen como origen y destino los discos
magnéticos (figura 2.1). Esto se manifiesta en
que:

• La mayoría de los programas están
  almacenados en disco, constituyendo archivos "ejecutables".
  Cuando se necesita un programa, una
  copia de éste pasa a memoria principal, para ser
  ejecutado.
• Generalmente pasa de disco a memoria una copia del
  archivo de
  datos que procesará un programa. Los
  resultados obtenidos van de memoria a disco, formando parte de
  dicho archivo o de otro.
• El disco sirve también para simular una
  "memoria
  virtual", de mucho mayor capacidad que la memoria principal
  existente.

Comúnmente, los disquetes son usados para copias
de resguardo ('backup"), y para transportar archivos de programas
o de datos.

Los discos rígidos y disquetes so medios de
almacenamiento externos. Para ser leídos o escritos deben
insertarse en el periférico "unidad de disco"' ("disk
drive") que para los disquetes se denomina
"disquetera".

4.
¿Qué es un disco magnético, y cómo se
escribe o lee cada bit de un sector?

Un disco (sea flexible o duro) sirve de soporte para
archivos de información. Almacena los bytes de estos
archivos en uno o varios sectore de pistas circulares (figura
2.2). Ellas son anillos concéntricos separados lo menos
posible entre sí, existentes en sus dos caras recubiertas
de una fina capa superficial de material magnetizable (figura
2.4). Este es del tipo usado en las cintas de audio, siendo que
las partículas ferromagnéticas que lo componen
conservan su magnetismo aunque
desaparezca el campo que las magnetizó.

El cuerpo del disco así recubierto en sus dos
caras, está constituido: en los disquetes por mylard
(flexible), y en los discos rígidos por aluminio o
cristal cerámico.

La estructura
física de
un disco, con sus pistas y sectores se indica en las figuras 2.2
y 2.3. Estas pistas, invisibles, se crean durante el "formateo".
Este proceso
consiste en grabar (escribir) magnéticamente los sucesivos
sectores que componen cada una de las pistas de un disco o
disquete, quedando así ellas magnetizadas.

Luego del formateo, en cada sector quedan grabados los
campos que lo constituyen (figura 2.11), entre los cuales se
halla el que permite identificar un sector mediante una serie de
números, y el campo de 512 bytes reservado para datos a
grabar o regrabar, lo cual tiene lugar cada vez que se ordena
escribir dicho sector.

La grabación se logra (figura 2.4) -como en un
grabador de audio- por la acción de un campo
magnético de polaridad reversible (N-S ó S-N), que
imanta la pista al actuar dicho campo sobre ella, al salir a
través de un corte ("entrehierro") realizado en un
diminuto núcleo ferromagnético (núcleo hoy
suplantado por una película delgada inductiva). El ancho
de este núcleo determina del ancho de la pista (0,1 mm o
menos).

Una bobina de alambre arrollada sobre este núcleo
genera dicho campo magnético, al circular por ella una
corriente eléctrica. El núcleo
ferromagnético y la bobina constituyen una cabeza (head).
Todas las pistas de una cara de un disco son escritas o
leídas por una misma cabeza, portada por un brazo
móvil. La cabeza queda inmóvil sobre la pista a
escribir o leer, mientras el disco gira frente a ella',
según se verá.

Como muestran las figuras 2.4 y 2.6 existe una cabeza
para cada cara de un disco. Los brazos que las soportan se mueven
juntos. 0 sea, que si la cabeza de la cara superior está
sobre una cierta pista, la otra cabeza estará en una pista
de la cara inferior, teniendo siempre ambas pistas el mismo
radio (una
está sobre la otra separadas por el espesor del
disco).

Sólo una cabeza puede estar activada por vez,
para leer o escribir sectores de la cara que le
corresponde.

En una escritura, a la cabeza seleccionada -muy
próxima o tocando la superficie del disco- le llega del
exterior -por dos cables- una señal eléctrica que
presenta dos niveles de tensión eléctrica (figuras
2.4 y 2.5).

Con el nivel bajo de tensión se produce una
circulación de corriente isn por la bobina que
envuelve la pieza, con lo cual ésta se convierte en un
poderoso imán, con sus extremos con un polo sur (S) y otro
norte (N).

El campo magnético que sale del entrehierro
magnetiza y orienta partículas de óxido de hierro de la
superficie del disco o disquete, que pasan frente al entrehierro
al girar el disco, convirtiéndolas en microscópicos
imanes. Así, durante el tiempo que la señal
eléctrica citada está en el nivel bajo, se genera
-en el tramo de la pista que pasó frente a la cabeza- un
conjunto de pequeños imanes igualmente polarizados y
orientados, cuyo efecto sumado equivale a la existencia de un
imán permanente en la superficie de ese tramo de
pista.

El campo magnético de este imán así
creado por la cabeza se manifestará sobre esa superficie
magnetizada, superficie que es circular por estar fija la cabeza
y girar el disco.

Cuando la señal que excita la cabeza cambia del
nivel bajo al alto, se invierte rápidamente el sentido de
la corriente (ins) que circula por la bobina, por lo
cual cambia la polaridad magnética en los extremos del
núcleo (de SN a NS). Ahora, mientras dure esta polaridad
(el tiempo que la señal está alta), se generan
pequeños imanes en el tramo de la pista que pasó
frente a la cabeza, pero de polaridad contraria a los generados
cuando la ~ estaba baja. El efecto de los mismos equivale a un
imán superficial en ese tramo siguiente de la pista, cuya
polaridad es opuesta a la del imán superficial formado en
el tramo anterior.

De esta forma, en la escritura de un disco, en
concordancia con cada cambio de
nivel de la señal eléctrica binaria que
actúa sobre la bobina, cambia de dirección la corriente que circula por
ella, resultando una sucesión de imanes permanentes
(conformados a su vez por muchos imanes microscópicos)
sobre la superficie de la pista que se escribe, siendo cada
porción así imanada de polaridad contraria a la que
le sigue.

Como se verá al tratar la codificación RLL
(figura 2.26), cada uno de estos cambios codifica un uno que se
almacena en la pista, y la cantidad de ceros que le siguen
depende de la duración del nivel.

En síntesis: en una escritura, luego que el
material ferromagnético de una cara pasa frente a la
cabeza magnetizante quedan formados una sucesión de imanes
superficiales, los cuales conforman una pista circular, por estar
la cabeza fija, y girar la superficie del disco. Los campos
magnéticos de estos imanes se manifestarán en la
superficie de la pista, codificando unos y ceros.

Ninguna porción de una pista puede quedar sin
magnetizar: forma parte de un imán NS o SN. Esto
también asegura, en una regrabación, el borrado de
la información grabada anteriormente sobre una
pista.

Si se re escribe un sector no es necesario realizar un
paso intermedio de borrar la información antes escrita. La
nueva escritura borra la anterior, igual que en un grabador de
audio o video.

Durante una lectura, la misma cabeza -en un proceso
inverso al de grabación- sensará los campos
magnéticos sobre la superficie de la pista accedida, para
detectar cada cambio de
polarización cuando pasa de una porción de una
pista polarizada N-S a la siguiente, polarizada S-N, o sea cuando
se encuentran enfrentados dos polos norte o sur. Estos cambios
originarán corrientes en la bobina, que aparecerán
como breves impulsos eléctricos en los dos cables de la
bobina que salen desde la cabeza. Puesto que cada uno de estos
impulsos implica una inversión del campo magnético de la
pista, y que estos cambios fueron producidos en la escritura
cuando cambiaba el nivel de la señal eléctrica que
actuaba sobre la bobina (figura 2.5), se puede reconstruir esta
señal. Así es factible determinar (leer) los unos y
ceros que dieron lugar a los cambios de nivel, según la
codificación (MFM o RLL) empleada.

Esta operación es "no destructiva": pueden
obtenerse copias de los datos guardados sin que éstos se
alteren.

Las cabezas (dos por plato) están sobre una misma
vertical, constituyendo el "cabezal", y son portadas por brazos
de una "armadura" que las desplaza juntas entre platos cuando
pasan de una posición (pista) a otra.

Cuando se almacena un archivo, los datos son grabados
magnéticamente en sectores de las pistas, en el campo para
512 bytes reservado en cada sector durante el "formateo", como se
describirá. La cabeza que graba estos campos podrá
luego volver a recorrerles, para leer las señales
magnéticas que grabó en ellos, que representan la
información almacenada.

Para comprender cómo se generan dichas pistas en
un disco o disquete, podemos imaginar o realizar el siguiente
experimento. Sobre el plato de un tocadiscos colocamos una
cartulina de su mismo tamaño y lo hacemos girar. Luego
tomamos un lápiz mecánico y apoyamos suavemente la
punta de su mina sobre la cartulina, manteniendo inmóvil
la mano. Entonces, sobre la cartulina se generará tina
circunferencia visible. Si después, mientras gira el
plato, sobre un punto de dicha circunferencia colocamos fija la
punta del lápiz, pero sin la mina, por debajo del
lápiz pasarán los puntos de la circunferencia antes
generada. Esto equivale a un sensado ("lectura') de dicha
circunferencia.

Igualmente, mientras una cabeza escribe, permanece
inmóvil en un punto (lo mismo si lee), generándose
una pista circular en la cara del disco que gira debajo' de ella,
a la par que deja señales magnéticas detestables en
porciones de la misma que grabó. El radio de la pista
es igual a la distancia de la cabeza al centro del
disco.

También, cuando se graba una cinta de audio, la
cabeza está fija, y describe una pista rectilínea,
dado que en este caso el medio magnético se mueve de igual
modo.

Así como en una cinta de audio pueden grabarse
dos o cuatro pistas paralelas, en un disco es factible generar
muchas pistas concéntricas separadas (de a una por
vez).

5. ¿Qué se denomina
cilindro en la
organización física de un disco o
disquete?

En primera instancia, un disco o disquete guarda los
datos en sus caras; las caras se componen de pistas, y
éstas se dividen en sectores. Se verá cómo
se consideran y numeran estos espacios, a fin de constituir una
organización física de un disco o
disquete, eficiente para ser accedida en el menor tiempo
posible.

El hecho de que un disquete -o cada plato de un
rígido- tenga dos caras, amen de duplicar su capacidad de
almacenamiento, permite escribir o leer el doble de datos antes
de desplazar el cabezal a la pista siguiente o a otra, accediendo
a una cara y luego a la contraria. Así se puede escribir o
leer más datos en menos tiempo.

Por moverse las dos cabezas, de una disquetera al
unísono, y estar ambas sobre la misma vertical (figuras
2.4 y 2.7), si la cabeza de la cara superior se posiciona
inmóvil a una cierta distancia del centro del disquete
-sobre un punto de la pista a la que se quiere acceder- entonces,
la otra cabeza se posicionará en la cara inferior, a igual
distancia del centro. De esta forma es factible grabar primero la
pista de la cara superior, y a continuación la pista de la
cara inferior, sin mover el cabezal, siendo que las dos pistas
están una sobre la otra, separadas por el espesor del
disquete.

Lo mismo puede decirse para las dos caras de cada plato
de un rígido (figura 2.8): si éste tiene más
de dos cabezas (una por cada cara de cada plato). Ellas se mueven
y posicionan juntas sobre una misma vertical. Si una cabeza
cualquiera accede inmóvil a un punto de una pista de la
cara que se lee o escribe, las restantes harán lo mismo en
las otras caras. Al girar juntos los platos, los puntos que en
cada cara pasan frente a la cabeza correspondiente
pertenecerán a pistas concéntricas de igual
radio.

En un rígido de dos platos (figura 2.8), y con 4
cabezas (para 4 caras), si una cabeza accede a una pista
cualquiera (indicada 20), las 3 cabezas restantes del cabezal
accederán necesariamente a pistas (indicadas 20) de igual
radio, situadas en el espacio una sobre otra, pudiendo
considerarse que dichas pistas forman parte de la superficie de
un cilindro imaginario (designado 20), cuyo radio es el de esas
pistas.

Si luego el cabezal se posiciona a otra distancia del
centro del disco o disquete, accederá a otro cilindro
imaginario del mismo (como ser el 22), pudiéndose escribir
o leer cualquiera de las pistas de igual radio que lo
constituyen; y si se quiere, primero una, para luego continuar
con la otra u otras (en el caso del rígido).

Por lo tanto, cada vez que en un disco o disquete el
cabezal se posiciona para acceder a una pista, accede a un
"cilindro" imaginario que contiene pistas, una por cara.
Entonces, una vez que la cabeza de una cara escribió o
leyó
todos los sectores de una pista de esa cara, se puede hacer lo
mismo con las restantes pistas de dicho cilindro, sin que se
mueva el cabezal.

La electrónica de la disquetera o unidad de
disco rígido conmutará en un tiempo despreciable,
de una cabeza a otra. Por ejemplo, una vez que el cabezal del
disco rígido accedió al cilindro 20, luego de 4
vueltas puede leer o escribir todos los sectores de las 4 pistas
de ese cilindro.

De esta forma, se ahorra tiempo de acceso en la
escritura y lectura de archivos, en lugar de escribir todas las
pistas de una cara, y luego todas las pistas de la otra u
otras.

Conforme a lo descripto, cuando un cabezal se posiciona,
accede a un conjunto de pistas de igual radio, (tantas como
cabezas tenga el cabezal), que se consideran parte de la
superficie de un cilindro imaginado. Entonces, cada cilindro de
un disco o disquete está formado por todas las pistas de
igual radio (una por cara), y contiene la información
correspondiente a los sectores que componen dichas pistas,
información a la que se puede acceder cuando el cabezal se
posiciona en dicho cilindro.

Con esta visión planteada en las figuras 2.7 y
2.8, un disco o disquete serían un conjunto de cilindros
-tantos como pistas por cara existan- metidos uno dentro de otro.
Cada cilindro a su vez se compone de pistas de igual radio,
tantas como caras (o sea cabezas) existan (2 y 4 en esas
figuras); siendo que las pistas contienen sectores.

La cantidad de cilindros de un disco o disquete, se
corresponde con el número de posiciones en las que se
puede posicionar el cabezal. Este, como se dijo, desplaza al
unísono todas las cabezas de escritura/lectura.

En las disqueteras, un motor "paso a
paso" hace que el cabezal salte de un cilindro al siguiente,
cuando se quiere pasar de una pista a la siguiente (o a cualquier
otra) que está en la misma cara. Como se verá, en
los rígidos el acceso de una pista a otra se lleva a cabo
por un mecanismo más complejo que busca la
pista.

Corrientemente suele hablarse de pista en lugar de
cilindro, pensando en una sola cara, aunque cilindro implica una
concepción espacial más completa, en especial en lo
referente a los todos los sectores de las patas de un cilindro,
los cuales pueden escribirse o leerse uno tras otro sin la
pérdida de tiempo que significa el movimiento del
cabezal.

Por lo tanto, un disquete de 3 ½" pulgadas de 80
pistas por cara, tiene 80 cilindros de dos pistas cada uno. Estos
cilindros se enumeran de 0 a 79, desde el exterior hacia el
centro.

El número que identifica a un cilindro permite
localizar todas las pistas que lo constituyen. Por ejemplo, el
cilindro número 20 sirve para localizar en la figura 2.7
las 2 pistas número 20 que pueden escribir o leer las 2
cabezas del cabezal, ubicadas en ambas caras del
disquete.'

Entonces si se quiere ser riguroso, en relación
con una cara de un disquete (figura 2.7) en lugar de decir por
ejemplo "pista 20" debe decirse "pista del cilindro 20"; y con
más precisión, si se trata de la cara superior, o
cara 0, se debe indicar "cilindro 20, cabeza (head)
0".

También puede aparecer como "cilindro 20, pista
0", aunque parezca mejor indicar "pista 20 de la cara
0".

A su vez, la pista que está debajo de
ésta, en la cara inferior, o cara 1, es la "pista 1 del
cilindro 20", identificable como "cilindro 20, cabeza
1".

El sector 15 de esta pista se identifica como "cilindro
20, cabeza 1, sector 15".

En una unidad de disco rígido con varios platos
(figura 2.8), la cabeza (cara) superior del plato más alto
se designa 0, la inferior del mismo plato con el número 1;
luego siguen las 2 y 3 del plato siguiente, etc. El cilindro de
número 20 sirve para localizar cualquiera de las 4 pistas
de número 20, correspondientes a las 4 caras (cabezas) de
los 2 platos, siendo que cada una se diferencia por el
número (0,1, 2, ó 3) de la cabeza que accede a la
misma. Se indica en esa figura la forma de direccionar 4 sectores
de número 15 pertenecientes a cada una de esas pistas.
Así, un sector se indica "cilindro 20, cabeza (head) 3,
sector 15", ó "cilindro 2, pista 3, sector 15".

Los cilindros de discos o disquetes se enumeran desde 0
(el de mayor radio, el más exterior) en forma creciente
hacia el interior, correspondiendo el número mayor a
más interno.

Suponiendo que todos los sectores de las pistas de un
cilindro se leen (o escriben) en forma secuencias, o sea por
orden numérico creciente, primero el controlador ordena a
la cabeza de la cara 0 de dicho cilindro acceder a cada uno de
los sectores de dicha pista. Luego ordena que la cabeza de la
cara 1 del mismo cilindro acceda a los sectores de esta pista, y
así sucesivamente sin que el cabezal se mueva, cada cabeza
activada lee (o escribe) los sectores de la pista que desfilan
frente a ella en la cara.

Según lo tratado, en definitiva, en disquetes y
discos la información se organiza físicamente como
sigue:

• La menor unidad de almacenamiento que se puede
  escribir o leer en forma independiente es el sector', que
  agrupa 512 bytes (para el DOS y otros sistemas
  operativos).
• Un cierto número de sectores -accesibles sin
  variar la posición de una cabeza- conforma una pista Un
  número dado de pistas -accesibles sin variar la
  posición del cabezal en las caras de un disco o platos
  de un disco rígido- constituyen un cilindro.
• Tres números deben usarse para escribir o leer
  datos: número de cilindro, número de cabeza
  (head), y número de sector. En inglés corresponden a las siglas
  CHS.

6.
¿De qué depende la cantidad de bytes que puede
almacenar un disquete o un disco
magnético?

Todas las pistas de un disquete guardan la misma
cantidad de bits y tienen igual número de sectores (figura
2.3), como se ha querido hacer notar, por lo que en las pistas
más internas los bits están más "apretados"
que en las de mayor radio, o sea que en las internas se tiene una
mayor densidad de bits
grabados por pulgada de pista (bits per inch = bpi). No ocurre lo
mismo en los discos rígidos actuales, como se
tratará.

La densidad depende
del tipo de material magnetizable de las caras, del ancho del
entrehierro de las cabezas, y de la técnica de
codificación de bits empleada para grabar (MFM, RLL, o
ARLL, a desarrollar).

Una pista grabada en una viejo disquete de 5 ¼"
con dos caras ("sides") y doble densidad (indicado 2S/2D), puede
tener por pista 9 sectores de 512 Bytes. O sea que se
tendrá 512 x 9 = 4608 Bytes/pista.

Además de la cantidad de sectores por pista, en
el cálculo
de la capacidad de un disco interviene el número total de
pistas (cilindros) que tiene en cada cara. Para el disquete en
cuestión este número es 40 pistas por cara.
Entonces, la capacidad de almacenamiento por cara será
4608 x 40 = 184.320 Bytes. Puesto que se usan las dos caras, la
capacidad total de estos disquetes era de 184.320 x 2 = 368.640
Bytes = 360 KB.

El número de pistas (cilindros) por cara depende
de la cantidad de pistas ("tracks") que puedan grabarse por
pulgada ("tracks per inch" = tpi) o centímetro, medidas en
sentido radial (figura 2.9). En el disquete analizado la densidad
de pistas es de 48 tpi.

Por lo tanto, en el cálculo de
la capacidad total de almacenamiento de un disco magnético
intervienen:

1. De la densidad lineal de cada pista (indicada en
   bpi), la cual determina el número de sectores de una
   determinada longitud que existirán por pista. Para el
   DOS esta longitud debe ser de 512 bytes.
2. De la densidad radial de pistas (indicada en tpi),
   que define el total de pistas (cilindros) por cara.

Son corrientes los disquetes de 5 ¼" en los que
el material magnético admite en cada pista el doble de
bits por inch que los de] tipo 2S/2D citados. En éstos,
una pista puede tener 15 sectores de 512 Bytes, o sea 15 x 5l2 =
7.680 Bytes por pista. Además poseen el doble de densidad
radial de pistas: 96 tpi, resultando concretamente 80 pistas por
cara. Se conocen como 2S/HD, o sea dos caras y alta densidad
("high density"). Resulta así 7680 x 80 = 614.400 Bytes
por cara, y para las dos caras un total de:

614.400 x 2 = 1.228.800 Bytes = 1,2 Megabytes (MB)'

Estos son los disquetes de 5 ¼" que aún se
siguen usando.

Los disquetes de 3 ½" contienen cobalto en el
material magnético. Los primeros fueron del tipo 2DD (dos
caras y doble densidad), con 9 sectores/pista, o sea 512×9 = 4608
Bytes/pista. Tenían 135 tpi, por lo cual son posibles 80
pistas/cara.

Entonces resultaban: 4608 x 80 = 368.640 Bytes por cara;
y en total 368.640 x 2 = 737.280 Bytes = 720 KB.

En 3 ½" se popularizaron los del tipo 2HD, de
alta densidad, también de 135 tpi, (80 pistas) pero de 18
sectores por pista. La capacidad total será el doble que
el anterior: 18 x 512 x 80 x 2 = 1.474560 Bytes = 1,44
MB.

Igual método de
cálculo se aplica a discos rígidos. Así, un
rígido de 8 platos, con 1024 pistas (cilindros) por cara,
y 63 sectores (de 512 Bytes) por pista, tendrá una
capacidad por cara de 63 x 512 x 1.024 = 33.030.144 Como tiene 8
platos = 16 caras, la capacidad neta total será:
33.030.144 x 16 = 520 MB.

Generalizando, la capacidad neta de un disco o disquete
puede calcularse como:

Capacidad = Sectores por pista x Tamaño sector
(Bytes ) x Pistas (cilindros) por cara x Nro de caras.

No es aconsejable forzar la capacidad máxima que
admite cada tipo de disquete, so pena de que a mediano plazo
pueda comenzar a perder datos almacenados.

Debe tenerse presente, que la capacidad que aparece
indicada en discos rígidos es "bruta", no ocupable
totalmente con archivos. Se pierde en promedio del orden de un
20%, puesto que en cada sector se deben escribir bits con el
número que lo identifica, junto con información de
control, amen de
los bits de final e inicio que se usan para separar los sectores
contiguos entre sí (figura 2.24). Vale decir, que dicha
capacidad se refiere a un disco "virgen", sin formatear. Esto se
ejemplifica en el pie de página anterior relacionado con
el disquete 2S/2D de 1,2 MB, o sea el de 5 ¼".

7.
¿Qué significa que un disco o disquete es un medio
de almacenamiento de acceso directo?

Tal denominación proviene del hecho de que el
cabezal llega directamente a la pista (cilindro) deseada, sin
búsquedas. Luego, con el disco girando, deben pasar bajo
la cabeza activada los sectores que anteceden al sector buscado.
Esto si bien implica una búsqueda secuencial, la misma es
de corta duración, por el relativo pequeño
número de sectores de una pista, y por la velocidad de
giro del disco, como se detalla luego.

Si bien se trata de una búsqueda secuencias breve
en comparación con la que debe hacerse en una cinta
magnética para ubicar datos, de lo anterior resulta que en
un disco magnético los datos de un sector son de acceso
"casi – directo".

8. ¿Cómo se
localiza un sector de un disco/disquete, y por qué se dice
que es direccionable?

Durante una operación de E/S, el controlador de
la unidad de disco o de la disquetera debe recibir tres
números: el del cilindro que contiene la pista donde
está ese sector, el de la cabeza (head) que accede a esa
pista, y el número del sector dentro de la pista. Dichos
números en inglés
conforman un CHS.

En cada unidad existe una cabeza de lectura/escritura
para cada cara de un disco. El controlador ordenará
activar para escritura/lectura sólo la cabeza de la cara
indicada, y dará la orden de posicionarla sobre el
cilindro (pista) seleccionado, siendo que todas las cabezas
avanzan al unísono.

Al comienzo de cada sector de un disco están
escritos dichos tres números de CHS, formando un
número compuesto, que es su "dirección", necesario para localizarlo,
direccionarlo, como quiera decirse. Por este motivo se dice que
un disco o disquete son dispositivos de memoria auxiliar
direccionables.

9. ¿Qué son
los tiempos de posicionamiento,
latencia y acceso en un disco o disquete?

Para acceder a un sector que está en una cara de
un disco, primero el cabezal debe trasladarse hasta el cilindro
que contiene la pista donde se encuentra dicho sector, y luego
debe esperarse que al girar el disco ese sector quede debajo de
la cabeza. Por lo tanto, deben tener lugar dos
tiempos:

1. El brazo con la cabeza correspondiente a esa cara se
   sitúa en pocos milisegundos (tiempo "seek", de posicionamiento) directamente sobre el cilindro
   seleccionado, o sea sobre la pista del cilindro correspondiente
   a esa cara. Se considera un valor
   promedio para este tiempo. En la figura 2.10.a este tiempo es
   el necesario para que la cabeza pase de la pista 17 a la
   4.
2. Una vez que la cabeza se posicionó sobre dicha
   pista, los sectores de ésta desfilarán debajo de
   esa cabeza. Cada uno es leído hasta encontrar
   aquél cuyo número coincida con el enviado a la
   controladora, en cuyo caso su campo de datos será
   escrito o leído.

El tiempo que dura esta búsqueda secuencial es el
tiempo de latencia o demora rotacional (en promedio es el tiempo
de media vuelta). Si el sector buscado estaba en la
posición señalada con "X" (figura 2.10 a) cuando la
cabeza llegó a la pista indicada, este tiempo es el que
tarda en llegar hasta la cabeza, para comenzar a ser leído
(figura 2.10 b).

La suma de estos dos tiempos promedio conforma el tiempo
de acceso, o sea es el tiempo que transcurre desde que la
controladora ordena al cabezal posicionarse sobre un cilindro,
hasta que la cabeza indicada accede al sector buscado. La
duración de este tiempo sólo depende del tipo de
unidad de disco que se trate:

T acceso = t promedio
posicionamiento + t promedio latencia

En un disquete -conforme a los valores
estimados antes al pie de página- este tiempo será
del orden de (70 + 100) mseg. = 170 mseg.

En un disco rígido es mucho menor: hoy es
común tener 10 mseg de seek, y 7 mseg de latencia (a 4500
r.p.m.) en total 17 mseg. Existen discos que esos totales son
menores.

Los fabricantes especifican el tiempo de posicionamiento
en vez del promedio total. También suelen "fabricar" un
tiempo de acceso que pondera la mejora electrónica
obtenida por la acción de un caché de disco (a
tratar), cuando se ordena leer una sucesión de sectores
ubicados en una misma pista o cilindro, y suponen en forma
optimista que esto ocurrirá en el 40% de los accesos
ordenados.

10. ¿Qué son
tiempo y velocidad de
transferencia de datos?

Suponiendo una lectura, una vez que el sector requerido
está frente a la cabeza activada -luego de transcurrir los
tiempos de posicionamiento y de latencia- ella debe leer bit por
bit dicho sector, pasando estos bits en serie hacia la
electrónica, y luego hacia la interfaz del disco o
disquete. El destino final de los bits que conforman el campo de
datos de un sector, es la zona de memoria principal (buffer)
reservada para esos datos. A esta zona esos bits leídos
llegan en paralelo (de 16 ó 32 por vez) a través
del bus que une la
interfaz con la memoria principal.

Sea un disco de 32 sectores por pista, que gira a 3.600
r.p.m. = 60 r.p.seg. » 1 revolución/ 16 mseg.

Un sector cualquiera de los 32 de una pista será
recorrido por la cabeza en 1/32 de revolución, o sea en 16 mseg/32 = 0,5 mseg.
Durante este tiempo de lectura, los bits del campo de datos (que
forman 512 bytes) se van transfiriendo hacia la
electrónica (IDE o SCSI) de la unidad de disco, a medida
que la cabeza los va leyendo. O sea que durante dicho tiempo se
están enviando a razón de 512/0,5 bytes/mseg. =
1024 bytes/mseg = 1.024.000 bytes/seg., casi 1 MB/seg.

Este valor
constituye la velocidad de transferencia interna.

Inversamente, en una escritura del disco, a medida que
frente a la cabeza seleccionada pasa el campo de datos del
sector, la unidad (IDE ó SCSI) le debe enviar en serie los
bits a escribir, los cuales fueron llegando a esta unidad (de a
bytes) por el bus, desde memoria
principal. Puesto que el disco gira a igual velocidad en lectura
o escritura, el tiempo de escritura o lectura del campo de datos
será el mismo, y por lo tanto también la velocidad
de transferencia interna será igual en la escritura o
lectura.

Como se planteó, estos MB/seg definen la
velocidad de transferencia interna, que suele ser indicada como
la "velocidad de transferencia" por los fabricantes de unidades
de disco. Debe tomarse ésta como la velocidad con que una
cabeza puede leer o escribir "al vuelo" los bits de un sector,
siendo esta velocidad una medida de la velocidad máxima a
la que se pueden transferir bits entre disco y memoria (o
viceversa).

Esto es porque si consideramos el trayecto total que
deben recorrer los datos en una operación de entrada
(lectura de disco) o salida (escritura del mismo), no se puede
dejar de lado el tiempo que insume su transferencia a
través del bus (ISA, VESA o PCI) que comunica la
porción central con el registro port de
datos ubicado en la electrónica (como la ATA-IDE).
Asimismo, importa la velocidad de respuesta de esta interfaz. Si
ella o el bus no son lo suficiente rápidos, la velocidad
real de transferencia de datos hacia o desde un disco a memoria
puede ser bastante menor que la máxima citada.

La velocidad de transferencia interna será la
velocidad de transferencia real sólo si a medida que la
cabeza lee (o escribe) los datos de un sector, ellos se van
transfiriendo hacia memoria (desde memoria) sin demoras. Conforme
a lo anterior resulta que la velocidad de transferencia de un
disco depende:

• De la velocidad de transferencia interna de la unidad
  de disco (dependiente de la densidad, y las
  r.p.m.).
• Del tiempo de respuesta de la interfaz controladora
  (EIDE, SCSI), y de la existencia de un caché en
  ella.
• De la velocidad del bus al cual la interfaz se
  conecta (hoy día debe ser PCI).

El tiempo de transferencia entre disco y memoria se
halla dividiendo los bytes de un sector (512), por la velocidad
de transferencia, y es por lo menos lo que tarda la cabeza en
pasar por la zona de datos del sector.

Un disquete de 3 ½" y 1,44 MB, 80 cilindros y 18
sectores por pista gira a 300 r.p.m. o sea 200 mseg por vuelta
(como se calculó). Por lo tanto, un sector será
recorrido en (200/18) mseg = 11 mseg. La velocidad de
transferencia interna será: 512 Bytes/11 mseg = 50 KB/seg.
que también será la velocidad de transferencia
puesto que aunque la controladora esté conectada a un bus
ISA, este permite hasta 8 MB/seg. (máximo).

En general, a igualdad de
velocidad de giro, si se aumenta la densidad lineal
(número de bits por cm de pista) se transferirán
más bits por segundo. Hoy día esta densidad va en
aumento en los nuevos modelos de
discos rígidos, dado que con los actuales tipos de cabeza
desarrollados se pueden grabar y detectar más bits por cm
de pista, por lo que cada vez resultan mayores velocidades de
transferencia interna de bits. Esto debe tener como correlato
interfaces (IDE o SCSI) que tengan listos rápidamente los
datos a escribir o los leídos en un disco, y buses, con un
ancho de banda apto para soportar tales velocidades de
transferencia entre la interfaz y memoria.

También en muchos casos se ha aumentado la
velocidad de giro de los rígidos, lo cual a su vez trae
aparejado una mayor velocidad de transferencia.

Teniendo en cuenta los tiempos descriptos, el tiempo
total de entrada/salida que se tarda en atender una orden de
lectura (o escritura) que llegó al controlador de la
unidad de disco será:

T E/S = t posicionamiento + t
latencia + t transferencia

Se trata que este tiempo sea lo más corto
posible, pues la escritura y lectura de archivos en disco
(rígido) es una actividad frecuente en un sistema de
computación.