Discos Magnéticos y unidades de discos (página 2)

11. ¿Cómo están construidos,
protegidos, y se accede a los discos flexibles?

Un disco flexible o "disquete" o "floppy", como quiera
llamarse, consiste en un disco de material plástico tipo
mylard, cubierto con una capa de material magnetizable en ambas
caras (figura 2.4). Está contenido en un sobre que sirve
para protegerlo del polvo, rayaduras, huellas digitales y golpes
(figuras 2.18 y 2.19).

Los disquetes son removibles de la disquetera (designadas A
ó B) en la que están insertados.

Cuando un disquete se introduce en una disquetera, puede
ser accedido en cualquiera de las dos- caras por la
correspondiente cabeza, pero una sola cara será
leída o escrita por vez. Mientras no se dé una
orden de escritura o
lectura, el
disquete no gira, y las cabezas no tocan sus caras. Si tal orden
ocurre, luego de una espera de casi medio segundo, para que tome
velocidad, el
disco gira (a razón de 300 r.p.m. en el interior del
"sobre" protector, con la consiguiente elevación de
temperatura).
Sólo gira mientras lee o escribe, rozando entonces cada
cabeza la pista accedida. Esto, sumado a las partículas de
polvo siempre presentes, hace que la vida útil de un disco
flexible común sea corta en comparación con la de
un disco rígido.' La flexibilidad de un disquete ayuda a
que no sea afectado cuando las cabezas tocan sus caras. Se estima
que la información almacenada en un disquete puede
mantenerse con seguridad en el
mismo durante 3 ó 4 años, siendo conveniente
re-escribirla una vez por año, pues la
magnetización de las pistas se va debilitando con el
tiempo.

Un disquete no debe exponerse al calor, campos
magnéticos (de transformadores,
fotocopiadoras, teléfono, monitor), ni
ser doblado. Las etiquetas deben escribirse antes de ser
adheridas.

Los disquetes de 5 ¼ pulgadas conocidos como
"floppys" (figura 2.18) están contenidos en un sobre cuyo
interior está recubierto por una capa de teflón
para disminuir los efectos del rozamiento.

El sobre presenta aberturas para distintos fines. Las
aberturas de lectura/
escritura
permiten que, dentro de la disquetera, la cabeza correspondiente
a cada cara pueda acceder a cualquier pista de la misma. El
agujero central servirá para que en la disquetera un eje
("spindle") lo tome y haga girar. Si se cubre con cinta adhesiva
la muesca de protección contra escritura, no podrán
grabarse nuevos datos en los
archivos
almacenados por accidente o error. En estas condiciones el
disquete sólo puede ser leído.

Al girar un disquete, cada vez que coincide un agujero
existente en el mismo con otro agujero "índice" del sobre,
es indicación de comienzo de cualquier pista que se quiera
escribir o leer.

Existen distintos tipos de discos de 5 ¼" de
distinta capacidad, antes descriptos.

El disquete de 3 ½ pulgadas, (figura 2.19)
está dentro de un sobre de plástico rígido
que lo protege mejor del polvo, humo, etc. Este en su parte
superior tiene un obturador de protección con resorte, que
dentro de la disquetera de 3 ½" se abre, para que las dos
cabezas accedan al disco flexible.

Estas mejoras hacen que los disquetes de 3 ½" duren
más que los de 5 ¼". La protección contra
escritura indebida se realiza con otro obturador de dos
posiciones, deslizable por el usuario según indican dos
flechas que vienen dibujadas en el plástico. Si el
pequeño agujero cuadrado está abierto, el disquete
está protegido; si se lo ve cerrado, el disquete
podrá escribirse. En ambos casos siempre podrá
leerse.

12.
¿Qué funciones cumple
una unidad de disquetes ("Floppy Disk Drive")?

Anteriormente se hizo mención al posicionamiento
de las cabezas sobre el cilindro al cual se quiere acceder
(figuras 2.4 y 2.7) cuando el disquete está girando, y a
las corrientes eléctricas que circulan en la cabeza que
está escribiendo o leyendo (figura 2.5), etc.

Estas acciones
básicas de la "unidad de disquete" o "disquetera" ("drive"
A 0 B) sirven a su objetivo de
escribir o leer una pequeña superficie (sector) del
disquete inserto en este periférico (figura 2.21) Para
tales acciones la
disquetera presenta en esencia:

• Mecanismos de sujección y eyección del sobre
  protector (con el botón frontal), y para desplazar la
  ventana de protección.
• Motor para girar el disco.
• Otro motor "paso a
  paso"', para hacer avanzar de pista en pista (de un cilindro al
  siguiente), a la armadura que porta las dos cabezas (ampliada
  más en detalle y abierta a la derecha de la figura
  2.21). Las cabezas así se mueven en movimiento
  radial rectilíneo -hacia delante o atrás- hasta
  el cilindro seleccionado.
• Sensores para detectar presencia de disquete, y si
  está protegido contra escritura en su cubierta.
• Bus de conexión a su interfaz, conocida como
  "controladora".
• Circuitos que constituyen la electrónica de este periférico,
  para accionar los elementos anteriores, conforme a las
  señales eléctricas que recibe de la controladora
  (interfaz) de las disqueteras (A y B), a través de
  conductores del bus de
  conexionado citado.

Las señales que llegan a la disquetera desde la
interfaz (figura 2.21) ordenan, entre otras acciones:

• Poner en marcha el motor de giro
  de la unidad seleccionada (sea la A ó B).
• Posicionar (mediante el motor paso a paso) la armadura en
  un determinado cilindro del disquete.
• Seleccionar cuál de las dos cabezas se
  activará.

A su vez por cables de dicho bus de conexión, la
electrónica puede enviar hacia la interfaz
señales, como:

• Aviso de inicio de pista (cuando el agujero correspondiente
  del disquete coincide con el del sobre).
• Aviso de escritura protegida.
• Aviso que datos
  leídos son enviados a la interfaz.

Como resultado de estas señales, si todo está en
orden, puede tener lugar la transferencia serie de bits
leídos en un sector de un disquete hacia la interfaz (o en
sentido contrario en una escritura de un sector) a través
de uno de los cables del bus de conexionado citado.

13.
Aspectos particulares de discos rigidos y unidades de disco
rigido

Temas anteriores ponían de manifiesto características comunes de disquetes y
discos rígidos. En lo que sigue se tratan aspectos propios
de los rígidos.

Los discos magnéticos rígidos o duros difieren
de los disquetes por su gran capacidad de almacena miento, por la
mayor rapidez con que se accede a los datos, y por la mayor
velocidad con
que se los transfiere desde o hacia la memoria.
Ello es fruto de su mayor densidad
superficial (más bits por pista y más pistas por
centímetro radial), de su mayor velocidad de
rotación, de un sistema
más veloz de posicionamiento
del cabezal, y de una controladora más inteligente.

Por ser de material duro, un rígido no presenta las
deformaciones de un disquete y permite una mayor precisión
en el acceso a cada pista. Al respecto, un servomecanismo permite
ubicar y seguir cada pista, lo cual permite una mayor contabilidad,
dada la proximidad entre las pistas contiguas.

El término "duro" ("hard disk" = HD) se refiere a que
está constituido por platos rígidos de aluminio, o de
vidrio con
implante cerámico en el presente. Existen discos
rígidos fijos como los que están en una caja
hermética en el interior del gabinete de una PC, y
también los hay removibles, los cuales son transportables.
Las unidades de disco, según el tipo que sean, pueden
contener uno o más discos (figura 2.6). Típicamente
en una PC de escritorio son uno o dos platos, de un
diámetro de 3 ½ pulgadas.

Por fabricarse los platos bajo normas estrictas,
y variar muy poco de tamaño con la temperatura,
el material magnético que los recubre permite 3000 tpi o
más, a la par que 50.000 o más bytes por pista (o
sea 100 ó más sectores por pista). También
ha influido en esto la aplicación de magnetización
perpendicular a la superficie de la capa magnetizable (figura
2.23), en lugar de la polarización de superficie (figura
2.5). Resulta así una elevada capacidad de almacenaje (500
MB – 1 GB o más) en uno o dos platos pequeños, y
unidades compactas. Además, por la gran velocidad de giro,
y por tener el cabezal movimiento
rápido en discos de pequeño radio, se tiene
comparativamente cortos tiempos de acceso. Más sectores
por cilindro posibilitan que un archivo entre en
un solo cilindro, para que el cabezal en lo posible no deba
cambiar a otro cilindro, resultando más rápida la
escritura y posteriores lecturas; a la par que reduce la
fragmentación de archivos en
varios cilindros, con la pérdida de tiempo que ello
ocasiona.

Las cabezas "magneto-resistivas" (MR) basadas en una resistencia
variable con el campo magnético del disco, no usan bobina,
y permiten mayor densidad de
grabación.

Los discos rígidos de las XT de la década del
‘80 al presente han aumentado su capacidad de 10 MB a 2
Gigas o más; y su velocidad de transferencia de 100 KB a
10 MB por seg. Han disminuido su tiempo de acceso, de casi 100
mseg a menos que 10 mseg. Su costo por MB
almacenado pasó de U$S 150 a centavos de dólar.

La estructura en
cilindros, pistas y sectores, así como la escritura o
lectura de las mismas es similar a la de los disquetes, y de
hecho se han tratado al describir los disquetes. Pero en los
discos duros
cada cabeza se sitúa a unas pocas millonésimas de
milímetro (menos que el grosor de un cabello) por sobre la
pista que recorre, sin rozarla. Así se evita el desgaste
de la superficie del disco debido a la fricción de la
cabeza. Cada cabeza flota como un navío catamarán
en un colchón de aire producido
por la gran velocidad de giro de los platos. Se reservan pistas
de un cierto cilindro para estacionar las cabezas cuando el motor
se detiene. Actualmente existen discos con cabezas de
semicontacto, o de proximidad, que están en contacto con
la superficie de la cara durante cortos tiempos, para sensar
mejor variaciones de campos magnéticos.

En los discos, el "tiempo medio entre fallas (MTBF)" es una
estimación estadística de cuánto en promedio
durará antes de que falle. Por ejemplo, si MTBF = 87.600
horas implica que podría llegar a funcionar 10 años
sin parar, libre de fallas que impidan su funcionamiento, aunque
la garantía de devolución por este tipo de fallas,
es típicamente de un año; siendo además que
un disco se puede volver obsoleto en 2 ó 3
años.

El hecho de que un rígido esté contenido en una
caja cerrada y sobrepresurizada, evita en gran medida que queden
partículas abrasivas de suciedad entre una cabeza y una
cara, que reducen su vida útil.

Otra diferencia con las disqueteras, es que los platos de un
rígido deben girar sin parar mientras el disco está
en uso, aunque no se lean o escriban archivos. Puesto que las
cabezas no tocan las caras, no hay problemas de
desgaste, y tampoco se pierde tiempo hasta que los platos
alcancen la velocidad de rotación requerida.

En un disco con varios platos, la forma de numerar los
cilindros y caras es similar a la descripta antes para un
disquete. Igualmente como en éste, las cabezas de
escritura/lectura se mueven al unísono, y sólo se
puede escribir o leer una pista de una cara por vez,
seleccionando la cabeza correspondiente a esa cara.'

También existen diferencias entre rígidos y
disquetes en relación con ciertos campos de las pistas y
sectores, aunque en esencia la
organización de cilindros, pistas y sectores se
conserva.

En el presente, los siguientes parámetros sirven para
comparar y decidir el tipo de disco a usar:

• Capacidad de almacenamiento
• Fabricante
• Tipo de unidad (IDE, SCSI)
• Tiempo promedio de posicionamiento de una pista a otra al
  azar
• Velocidad de transferencia
• Revoluciones por minuto (la latencia a 7200 r.p.m. dura la
  mitad que a 3600 r.p.m.)
• Tamaño y performance del caché para disco
  incorporado a la unidad
• Costo por MB almacenado

14.
¿Qué significa que un disco está muy
fragmentado?

El DOS va llenando un disco con archivos, intentando ocupar
sectores sucesivos de un mismo cilindro, aunque "no sabe" si esto
ocurre realmente, o si un archivo
está parte en un cilindro y parte en el siguiente, dado
que el DOS ignora que un disco tiene cilindros y pistas, como se
explicó antes.

Esto trae aparejado más demoras en la lectura y
escritura de archivos, las cuales se incrementan si un archivo
está distribuido en varios cilindros distintos (pues el
cabezal debe realizar muchos movimientos de posicionamiento para
ir de un cilindro a otro). Asimismo, una vez que un disco fue
escrito hasta el final, el DOS amplía archivos en sectores
que fueron dejados libres por haberse borrado en forma total o
parcial otros archivos.

Resulta así una distribución azarosa de porciones de
archivos por distintos cilindros, conocida como
"fragmentación" externa. Esta tiene lugar al cabo de
cierto tiempo, cuando se guardan, borran, y vuelven a escribir
archivos, e inevitablemente cuando un disco está por
colmar su capacidad. En definitiva, el DOS fue pensado para
aprovechar al máximo la capacidad de un disco, dejando en
segundo lugar la optimización del tiempo de lectura de los
archivos.

Si un disco está muy fragmentado, cuando se debe leer
un archivo se pierde mucho tiempo, pues el cabezal debe ir de un
cilindro a otro donde están grabados sectores de dicho
archivo.

Esto no ocurre si todos los sectores de un archivo
están en un mismo cilindro. Para lograr esta distribución con todos los archivos de un
disco, se recurre a un programa para
"desfragmentar", cuando se nota que un disco duro se
ha vuelto muy lento.

15. ¿Cómo están en el
presente organizados físicamente los sectores en las
pistas de los discos rígidos?

La organización de la figura 2.3 con igual
número de sectores en cada pista, desperdicia capacidad de
almacenamiento,
pues las pistas exteriores podrían tener más que el
doble de sectores que las más internas, de menor radio. La mayor
densidad de bits de éstas (bpi) determina y limita el
número de sectores que tendrán otras pistas
más alejadas del centro.

En la mayoría de las unidades de disco actuales (tipo
IDE o SCSI) se emplea igual densidad de grabación en todas
las pistas (constant density recording = CDR), y
"grabación zonal" ("zone recording'), que consiste en
formar desde el centro del disco hacia afuera, varias zonas de
cilindros, cada una con más sectores por pista que la mas
interna anterior. Así se logra hasta un 50%, más de
capacidad que con la otra disposición.

16. En un
disco rígido actual, ¿cómo localiza el
cabezal más rápidamente un cilindro?

Hoy día las unidades de disco rígido de
más de 80 MB, no usan como las disqueteras un motor paso a
paso para ubicar el cabezal en cada pista de un cilindro. El
cabezal (figura 2.10.a) no avanza en línea recta, sino que
gira alrededor de un eje, como el brazo de los tocadiscos con
púa. La armadura se mueve de forma parecida al de la
bobina de un parlante ("voice coil" identifica este sistema de
posicionamiento). Sobre la armadura se tiene una bobina, la cual
está sometida a un fuerte campo magnético creado
por un imán permanente que está fijo fuera de la
armadura. Cuando el sistema de control
envía una determinada corriente por la bobina, ésta
también genera un pequeño campo magnético,
que al accionar con el campo existente, creado por el imán
permanente, hace mover bobina, y por ende la armadura hasta la
pista (cilindro) seleccionada. Si la cabeza no se encuentra justo
sobre dicha pista, tiene lugar un ajuste fino automático
de su posición, merced a la existencia de información extra de servocontrol escrita
(servowriter) antes de cada sector o en una cara de un plato
dedicada a esa información, donde no se almacenan
archivos. Si estas señales al ser sensadas no tienen la
amplitud suficiente, la controladora varía la corriente de
la bobina hasta que el cabezal esté justo sobre la pista.
Esto permite la localización exacta de cada pista, con
independencia
de cualquier variación de las dimensiones de los platos
por la temperatura. Resulta así que las cabezas hacen un
"seguimiento" de las pistas, de donde deviene su
denominación "track following system". A tal efecto el
sistema realiza en forma automática periódicas
autocalibraciones (cada 5 ó 25 minutos) con los discos
girando, actualizando datos sobre variaciones en la memoria de la
controladora IDE o SCSI.

Cuando la unidad de disco se apaga, el cabezal se estaciona
automáticamente (automatic head parking) fuera de las
pistas con datos, merced a que un resorte lleva la armadura a una
posición fija, que el campo del imán permanente
ayuda a mantener. Al encender el equipo, la fuerza que se
origina al circular corriente por la bobina de la armadura (para
posicionar el cabezal) estira dicho resorte y mueve la misma.

17.
¿Qué funciones realiza
una unidad de disco inteligente ATA-IDE o FAST ATA?

Unidades de discos rígidos anteriores, adecuadas al
estándar ST506, requerían una interfaz –
controladora cuya circuitería estaba en una plaqueta
insertable en un zócalo ("slot"), con funciones
análogas a las descriptas al tratar la interfaz –
controladora de disquetera (figuras 2.22 a y b). Los discos con
unos 30 MB de capacidad podían compartir una plaqueta con
las unidades de disquetes; pero capacidades mayores
requerían una plaqueta dedicada, que ocupaba un
zócalo más.

Por las razones que se expondrán, fue necesario que la
interfaz – controladora esté localizada junto a la unidad
de disco rígido, integrada con la electrónica de
este periférico (figuras 2.25), de donde provienen las
siglas IDE de "integrated drive electronics". Las siglas ATA – AT
Attachment son sinónimas de IDE. Dadas las actuales
capacidades de los discos rígidos, y las velocidades de
acceso y de transferencia de una unidad de disco rígido
(drive), se requiere que la electrónica ligada a ella sea
"inteligente", conteniendo un microcontrolador, con un programa en su
ROM, y una RAM veloz para
buffer del periférico.

El microcontrolador maneja los sistemas con
servowriter citados anteriormente, corrige sobre la marcha
errores de lectura de un sector, maneja un caché de disco,
simula hacia el exterior un disco compatible con el sistema operativo
y BIOS
existentes, y realiza rápidamente otras tareas complejas.
También incluye la mayoría de las funciones de la
interfaz controladora descriptas anteriormente para la unidad de
disquetes. La proximidad física entre la
interfaz y las cabezas evita retardos e interferencias (ruidos
eléctricos) en la lectura o
escritura, que se produciría si se quiere transmitir a
gran velocidad información entre la electrónica de
la unidad de disco y una interfaz más alejada, como la
existente para una unidad ST506.

Una unidad IDE es una buena solución de compromiso
entre velocidad y costo para
sistemas
monotarea corrientes. No requiere de una plaqueta interfaz
especial en la "mother" como la SCSI. Acorde con lo anterior, la
electrónica de una unidad "inteligente" de disco IDE
incorpora funciones tratadas en la interfaz – controladora de
disquetera, en particular en lo concerniente a la existencia de
registros
direccionables ("ports") para enviarle un block de comandos y para
recabar el estado de
la unidad' mediante la ejecución de subrutinas del
BIOS. El
microcontrolador de la unidad de disco detecta y lleva a cabo
estos comandos (del
tipo posicionar las cabezas en un cilindro, leer o escribir un
sector, etc.) mediante la ejecución de instrucciones
contenidas en su ROM.

Como se anticipó, debido a las limitaciones en la
velocidad de los buses, a fin de lograr una mayor velocidad de
transferencia de datos entre memoria principal
y el port de datos o viceversa, ésta no se hace por ADM,
sino por AIM, a través del registro AX,
opción conocida como Programmed Input/Output (PIO). Para
tal fin, se deben ejecutar instrucciones de subrutinas del
BIOS.

En relación con el port de datos, en la
electrónica de la unidad existe un "sector buffer", o sea
un buffer con capacidad para un sector del disco, para dar tiempo
a la corrección de datos leídos, que realiza el
microcontrolador, usando el área ECC del sector (figura
2.24). Sólo si los datos son correctos, se realiza la
transferencia hacia memoria, para lo cual la circuitería
que cumple funciones de interfaz controladora activa una
línea IRQ, para que una subrutina -mediante AIM sucesivos
de 2 bytes (hoy pueden ser 4 bytes)- pase los 512 bytes de
datos.

Según se planteó, luego de acceder al disco para
leer un sector solicitado, y sin que se mueva el cabezal, se van
leyendo los siguientes sectores de la pista o cilindro (pues es
probable que luego se solicita su lectura), los cuales pasan al
cache de disco, constituido por una memoria DRAM manejada por el
microcontrolador. Si se ordena escribir un sector, por sucesivos
AIM llegan desde memoria al "sector buffer" 512 bytes para ser
escritos, a través del port de datos citado. En caso que
se envíen datos para ser escritos en sectores sucesivos,
los mismos pueden guardarse transitoriamente en el caché
citado.

Una unidad IDE realiza funciones de interfaz (figuras 2.25),
siendo conectada a las líneas de datos, direcciones e IRQ
del bus, mediante un cable plano terminado en un conector con
agujeros para 40 terminales, para conectarse a igual
número de "agujas" ("pines") vinculadas a chips de
adaptación al bus ("host adapter"). Dichas "agujas" pueden
estar en la plaqueta "multifunción" que también
contiene la controladora de disquetera, citada al tratar
ésta, o en la "mother", según sea el modelo de esta
última.

El bus ISA, tratado en la Unidad 1, puede enviar como
máximo menos de 8 Mbytes/seg. en grupos de 2
bytes, lo cual no es apto para las unidades IDE actuales, pues
limita la velocidad de transferencia. Hoy día pueden
transferirse grupos de 4
bytes.

Esta velocidad puede aumentarse si se conecta un drive IDE
preparado para un bus como el PCI, a la "mother" directamente, o
usando la plaqueta "multifunción" para dicho bus. La
electrónica IDE se presenta ante la ROM BIOS como una
unidad ST-506 normalizada, y permite operar más de un
disco rígido.

Mas en detalle (figura 2.25.a), a la electrónica IDE le
llegan comandos, que ordenan leer o escribir un sector, del cual
se indican sus números de CHS. Merced a la
ejecución de subrutinas del BIOS estos comandos que
estaban en memoria principal, pasan al registro AX de la
UCP, y de éste a los registros "ports
de comandos" de la interfaz IDE, a través del bus de datos
que llega a ésta.

La electrónica IDE, después de recibir estos
comandos realiza las siguiente acciones (figura 2.25.b):

• Traduce dichos comandos en señales para que el
  cabezal se posicione en el cilindro elegido; y que luego la
  pista correspondiente a la cabeza seleccionada sea leída
  por ésta hasta encontrar el sector buscado.
• La cabeza lee el número identificatorio de cada
  sector que encuentra en la pista que va leyendo, el cual es
  transmitido a la electrónica IDE, para determinar si es
  o no el comienzo del sector buscado, a fin de escribir o leer
  -según sea la orden- los datos en la zona
  correspondiente del sector buscado.
• Si es una orden de lectura, todos los bits del sector son
  leídos en serie por la cabeza. A medida que son
  leídos se realiza la verificación ECC (semejante
  a la CRC) y pasan al sector buffer de la electrónica,
  para ser corregidos de ser necesario.
• En caso de que dicha lectura sea correcta, la
  sección interfaz de la electrónica activa su
  línea IRQ del bus, para que la UCP interrumpa el
  programa en ejecución, y ejecute una subrutina del BIOS
  para hacer AIM, de modo de ir sacando del sector buffer los
  datos.

La ejecución de esta subrutina permite que por
sucesivos AIM, los datos del sector buffer se transfieran (de a 2
bytes) a la zona buffer de memoria principal a través del
bus, direccionando el port de datos.

• De manera inversa, luego de una orden de escritura, los
  bytes a escribir en el sector van llegando (de a dos) por el
  bus (desde la memoria)
  al port de datos, y de éste al sector buffer, luego de
  lo cual se activa la línea IRQ. Luego los bits pasan en
  serie hacia la cabeza, para que los escriba en el sector.
• A medida que escribe o lee los bits de un sector, realiza
  el cálculo
  del ECC (figura 2.24), cuyo valor graba
  a continuación de la zona de datos en una
  escritura.
• Realiza en una lectura o escritura, el manejo y control de
  errores, codificando en un registro port el tipo de error
  ocurrido.

En definitiva, subrutinas del BIOS al enviar comandos a los
ports de la interfaz (IDE, SCSI u otra) dan origen a lecturas y
escrituras en el disco, siendo que los tiempos de las
señales involucradas están determinados por los
circuitos de
la interfaz Estos tiempos son más cortos en los
últimos modelos.

El tiempo denominado "I/O read and write cycle time", es
determinante de la velocidad de transferencia, siendo el
mínimo lapso que puede mediar entre dos escrituras o
lecturas sucesivas del registro port de datos de la interfaz ATA
(IDE) de una unidad de disco rígido; registro que tiene un
tamaño de 16 bits = 2 bytes.

Por ejemplo, de los 5 modos PIO (Programmed Input Output),
para hacer AIM, en el PIO modo 0 que es el más lento,
dicho tiempo de ciclo es de 600 nanoseg. Conocido este tiempo,
puede deducirse que la máxima velocidad de transferencia
para este modo es de 3,3 MB/seg., como se indica a
continuación.

Suponiendo que teóricamente en forma ininterrumpida se
leen o escriben 2 bytes del port de datos cada 600 nseg =
0,0000006 seg., en un segundo podrían hacerse 1/0,0000006
transferencias de 2 bytes por AIM. 0 sea, que podrían
transferirse 2/0,0000006 bytes/seg. » 3.333.333,33 bytes/seg.
» 3,3 MB/seg.,
dado que 1 MB = 1.048.576 bytes. Lo anterior equivale a decir que
en un segundo se transferirían: 3,3 x 2048 sectores = 6758
sectores, siendo que 2048 sectores de 512 bytes = 0,5 KB
conforman 1 MB. En el presente existen unidades IDE
estándar ATA-2, con PIO modo 4, tiempo de ciclo de 120
nseg, lo cual implica una velocidad de transferencia
máxima teórica de 16,5 MB/seg. (5 veces mayor que
el modo 0).

Cabe mencionar que esta velocidad de transferencia
máxima para PIO es la misma que para ADM modo 3, dado que
depende del tiempo de ciclo con que opera la unidad IDE. Si en
lectura o escritura deben mediar 120 nseg entre dos
direccionamientos al port de datos de 16 bits, este tiempo de
ciclo debe respetarse, ya sea que los direccionamientos se hagan
para efectuar transferencias por AIM (PIO) o ADM
(DMA).

Que la transferencia entre memoria y dicho port (o
viceversa) convenga hacerla por AIM o ADM, dependerá del
sistema operativo
en uso, y si se trabaja o no en "multitasking".

Las unidades con electrónica que sigue el
estándar E-IDE ó Fast ATA (1 ó 2) permiten
además comandos para escritura o lectura múltiple,
los que dan lugar al "Block Mode".

Enviando a los ports correspondientes uno de estos
comandos y la cantidad de sectores a transferir (de 2 a 128) se
evita que la electrónica active la línea de
interrupción IRQ, con cada sector que debe ser pasado del
sector buffer a memoria o en sentido inverso. Con esto se evitan
las pérdidas de tiempo involucradas en cada
interrupción (guardar registros de la UCP en la pila,
llamar y ejecutar una subrutina, y volver a restaurar dichos
registros en la UCP). Así, hasta 128 sectores pueden ser
transferidos con un solo comando, con lo cual es factible ganar
un máximo de 30% de tiempo.

Es factible conectar más de una unidad IDE a un
bus de una PC (sean dos discos rígidos, un rígido y
una lectora de CD, etc.),
debiendo actuar el más rápido de ellos como
"master", y el otro como "slave". Esto se define conectando los
"jumpers" (puentes de contacto) como indica el manual de
instalación.

Direccionando y escribiendo el valor (1
ó 0) de un bit del registro drive/head, se selecciona si
un comando es para el "master" o el "slave".

Los adaptadores E IDE (Enhanced IDE, o sea IDE
mejorado), permiten conectar cuatro unidades de disco (fijas o
removibles), amen de tener mayor velocidad de
transferencia.

18. ¿Qué son los números
"lógicos" de cilindro, cabeza, sector y el
LBA?

No hace mucho, el disco más grande que
podía manejar una PC con interfaz IDE era de 500 MB.
Correspondía a un disco de 1024 cilindros, 16 cabezas
(heads) y 63 sectores de 512B = 0,5 KB, con lo cual la capacidad
era exactamente de 1024 x 16 x 63 x 0,5 = 504 MB = 528 millones
de bytes.

Este límite se debe en principio, a que por un
lado, cuando la subrutina del BIOS debe enviar al drive IDE los
números de cilindro, cabeza (head) y sector, abreviados en
inglés
CHS, para los mismos tiene establecidos 10, 8 y 6 bits,
respectivamente, número de bits que también
están reservados en la Tabla de Particiones. Por lo tanto,
para el BIOS y la Tabla de Particiones, los números
máximos que se pueden formar son:

210 = 1024 cilindros; 28 = 256
cabezas; 26 = 64 sectores, que son 63, pues el sector
0 no se usa.

A su vez, un drive IDE o EIDE para CHS está
limitado a 16, 4 y 6 bits respectivamente. Resulta así,
que los números máximos que puede manejar
son:

216 = 65536 cilindros; 24= 16
cabezas; 26 = 64 sectores, que van hasta el
número 63

Compatibilizando ambas limitaciones, resultan 1024
cilindros, 16 cabezas y 63 sectores, que hacen el límite
de los 504 MB calculados; aunque El BIOS por separado
permitiría 1024 x 256 x 63 x 0,5 = 8 GB, mientras que por
su parte, una interfaz IDE permitiría una capacidad de
hasta 65536 x 16 x 63 x 0,5 = 128 GB.

En 1994 las normas IDE de
1984 pasaron a ser las E-IDE. A fin de maximizar la
compatibilización entre BIOS e IDE para poder operar
con discos de mayor capacidad que 504 MB, se crearon algunos
artificios matemáticos que pueden ser llevados a cabo por
la UCP ejecutando subrutinas de un BIOS actualizado, o por el
microprocesador
de la unidad IDE ejecutando subrutinas de su firmware.

Para plantear esto, se denomina CHS lógico (cuyas
siglas son L-CHS) a los números de CHS que se
envían a una unidad de disco IDE (o SCSI), al ejecutarse
una subrutina del BIOS. Este L-CHL al ser recibido por la unidad
IDE debe ser convertido por ésta en un CHS físico
(F-CHS o P-CHS en inglés), que son los números de CHS
a partir de los cuales la unidad IDE accede al sector
seleccionado.

En discos con capacidad menor o igual que 504 MB,
coincidirán los números de L-CHS y de F-CHS. Esto
es los números de CHS que surgen del BIOS son los mismos
que usa la unidad IDE para ubicar un sector.

Una forma de compatibilizar discos de más de 504
MB es la siguiente. Sea un disco de 1 GB que físicamente
presenta 2 platos (4 cabezas), y cuyas pistas tienen un
número distinto de sectores, que aumenta desde el centro
hacia el borde, superando los 63, como se trató más
atrás. Este disco para la unidad IDE se
caracterizaría físicamente como equivalente a un
disco de 4096 cilindros, 4 cabezas, y 63 sectores de 0,5 KB por
pista, dado que 8192 x 4 x 63 x 0,5 = 1 GB. La geometría
del disco real resulta así invisible al exterior. Si se
divide 8192 por N=8 resulta 1024, y si se multiplica 4 por N=8
resulta 32. De este modo, un disco que tuviera 1024 cilindros, 16
cabezas y 63 sectores por pista también tendría
1024 x 32 x 63 x 0,5 = 1 GB, pero los valores
1024 y 32 son compatibles para subrutinas del BIOS, según
se describió.

La unidad IDE se encarga de trasladar cada número
de sector, cabeza y sector del disco lógico que suponen
las subrutinas del BIOS, en otro número de sector, cabeza
y sector para el disco físico de 8192 x 4 x 63 x 0,5
También es factible que dicha traslación sea
llevada a cabo por dichas subrutinas del BIOS actualizado. Esto
se conoce como ECHS (Extended CHS translation) o "large". Existen
varias formas de realizar esto.

No debe confundirse los números lógicos de
cilindro, pista y sector -que simula el drive de un disco para un
sistema operativo (y para la ROM BIOS)- con el formateo
lógico, destinado a reservar sectores que serán
usados por dicho sistema, ni con la estructura
lógica
con que el DOS "ve" a un disco (antes tratada).

El LBA es otro mecanismo para operar discos con
más de 504 MB. Las unidades de disco SCSI y las IDE
permiten que se identifique los sectores mediante números
consecutivos, comenzando desde 0 (donde está la tabla de
particiones), siendo que físicamente se tiene
números de cilindro, cabeza y sector. Esto es, esas
subrutinas en lugar de enviar números de cilindro, cabeza
y sector para acceder a un sector, pueden enviar un número
que lo identifica denominado LBA (Logic Block Address o sea
dirección lógica
del bloque). Una unidad IDE o EIDE con la opción de operar
con CHS o LBA, requiere asignar LBA 0 al cilindro 0, cabeza 0,
sector 1. En un disco de 504 MB el LBA del último sector
sería 1.065. 456. La técnica LBA permite acceder a
unos 228 sectores (de 0,5 KB), o sea 137 GB en un IDE.
El uso de LBA puede implementarse en un BIOS actualizado o en una
unidad IDE, y no siempre significa una mejor performance de un
disco. Muchos sistemas
operativos pueden operar directamente con LBA, pero el DOS y
otros sistemas deben usar la geometría
CHS.

19. ¿En qué consisten los
métodos de
grabación MFM y RLL?

Según se expuso antes (figuras 2.4 y 2.5), una
cabeza (bobina) mientras graba magnetiza en la pista grupos de
pequeñas partículas microscópicas de
óxido de hierro (no una
sola), dando lugar a pequeños imanes que originan campos
magnéticos en la superficie del disco, cuya
polarización (S-N o N-S) depende del sentido de la
corriente de la bobina. En las figuras 2.26 b, e, h aparecen
pistas grabadas dibujadas rectilíneas, siendo que en las
mismas se enfrentan dos polos iguales cuando cambia de nivel la
señal eléctrica que se aplica a la cabeza (figuras
2.26 a, d, g), lo cual hace cambiar el sentido de la corriente
que circula.

Cuando la misma cabeza debe leer, sensa dichos campos,
detectando campos magnéticos existentes debidos a imanes
enfrentados (norte contra norte, sur contra sur). Vale decir, no
detecta si existe o no campo magnético, sino inversiones en
el flujo (campo) magnético, cuando se enfrentan dos polos
iguales. En una lectura, al pasar la cabeza por cada una de estas
inversiones,
se genera en la bobina una corriente eléctrica que da
lugar a una señal constituida por un breve pulso
eléctrico (figura 2.26 c, f, i). Los pulsos así
generados, al ser decodificados por la electrónica
correspondiente, permiten reconstruir la señal que
excitó la bobina de la cabeza durante la escritura de la
pista, y así decodificar los ceros y unos en el sector
leído.

El número máximo de inversiones sucesivas
de flujo magnético por centímetro o pulgada
cuadrada debe permitir escrituras o lecturas seguras. Está
limitado por las características del material
magnético, por el ancho del entrehierro, y la sensibilidad
de la cabeza.

Para un número máximo dado de tales
inversiones, de lo que se trata, en principio, es codificar la
mayor cantidad de unos y ceros por centímetro de pista,
habiéndose desarrollado para tal fin varios métodos,
que implicaron sucesivas mejoras en la densidad de almacenamiento.
En todos ellos -como se planteó- en una escritura, cada
cambio de
nivel de la señal eléctrica que se aplica a una
cabeza, produce una inversión en el flujo magnético de
la superficie de la pista que está siendo escrita. Por lo
tanto, se busca codificar la mayor cantidad de unos y ceros con
el menor número de cambios de nivel en dicha
señal.

Los tres métodos de codificación que se
discutirán tienen en común:

• Los unos y ceros a grabar están separados
  igual intervalo de tiempo entre sí; y
• Cada bit de valor uno a escribir le corresponde
  siempre en la pista una inversión del campo magnético;
  mientras que en correspondencia con cada cero a escribir, no
  existe ninguna inversión de campo. Pero esta
  convención sin más no permite en la lectura
  detectar cuántos ceros sucesivos han sido
  grabados.

Una codificación emplea inversiones de flujo
extras para separar bits, y otra las usa sólo para separar
ceros. Estas inversiones usadas para demarcar bits -que en
correspondencia requieren cambios de nivel en las señales
eléctricas que se aplican a una cabeza- se denominan
"clocks", en el sentido que sirven para autosincronismo, a fin de
poder
determinar tiempos de duración de bits.

En la grabación de disquetes se usa
principalmente el método de
codificación conocido como MFM (Modulación de
Frecuencia Modificada). En los rígidos la técnica
anterior se ha reemplazado por otra conocida como RLL ("Run
Lenght Limited", traducible como "longitud limitada de ceros
corridos" o sea sucesivos), que permite hasta un 50% más
de densidad de grabación. Ambas codificaciones son mejoras
sucesivas del denominado método de
grabación FM ("Frecuencia Modulada").

En la grabación FM (figuras 2.26 a, b, c) se
emplea siempre una inversión de flujo antes de cada bit a
escribir, sea uno o cero; y además se debe emplear otra
inversión por cada bit de valor uno a escribir,
inversión que se da a mitad de camino entre la
inversión que indica su comienzo y la del comienzo del bit
siguiente. 0 sea, que para escribir un uno se requiere dos
cambios de nivel en la señal que recibe la cabeza: un
cambio para
indicar que empieza un bit, y otro para señalar que se
trata de un uno.
A diferencia, la escritura de un cero implica sólo un
cambio de nivel, para indicar el comienzo de dicho bit, siendo
que la ausencia de otro cambio inmediatamente después
identifica que se trata de un cero.
La denominación FM se debe a que en la codificación
de unos sucesivos, resulta una frecuencia de pulsos mayor que la
existente para ceros sucesivos, o sea que existen dos frecuencias
distintas para unos y ceros.

Dado que en la codificación FM, para grabar un
uno se necesita dos inversiones de campo magnético en la
pista, fue reemplazada por la MFM, que pen-nite codificar un wio
con una sola inversión de campo, siendo que sólo
usa inversión para indicación de comienzo de bit,
cuando un cero está precedido por otro cero.

Esta convención permite codificar, como se
ejemplifica, la misma secuencia de unos y ceros como la
ejemplificada (11111010000) con la mitad de inversiones de flujo
que con FM. Por lo tanto en MFM se puede duplicar el
número de bits por pulgada de pista, para una cantidad
máxima de inversiones posibles por pulgada (que depende
del material magnético usado).

Para los discos rígidos de gran capacidad fue
necesario aumentar la densidad de grabación, para lo cual
se creó la codificación RLL 2,7 que permite con un
menor número de inversiones de flujo codificar una mayor
cantidad de bits (hasta 50% más que con MFM). A tal fin,
una sucesión de bits a escribir se descompone, a partir
del primero, en sucesivos grupos de bits cuya codificación
en RLL 2,7 se recuadra en la figura 2.26.

Esta recodificación el número de unos a
grabar, y por ende, inversiones de flujo, siendo que en MFM
también se necesitan inversiones cuando hay ceros
consecutivos (en RLL sólo se usan para los unos). En
nuestro ejemplo, los datos a escribir 11111010000 se descomponen
en los grupos 11 11 10 10 000 codificados en la figura 2.26 g,
como 100010000100010000010O. En RLL sólo se produce una
inversión de flujo si hay un uno, sin emplear inversiones
de comienzo de bit para los ceros en ninguna
circunstancia.

La lectura de una pista exige una electrónica
sofisticada, como la IDE o SCSI, para determinar correctamente,
en función del tiempo transcurrido, cuántos ceros
existen entre la detección de dos "unos".

La figura 2.26 g permite apreciar que si bien la
codificación RLL requiere el doble de los bits originales
a escribir, el número de inversiones de flujo es menor que
en MFM, resultando en comparación una ganancia en la
densidad de bits almacenados, que estadísticamente puede
llegar al 50%.

Las siglas 2,7 de la codificación RLL 2,7
resultan de la tabla anterior. Después de un uno puede
haber dos ceros como mínimo, y tres ceros como
máximo. Antes de un uno como máximo pueden darse
cuatro ceros. Por consiguiente, entre dos unos, como
mínimo pueden haber dos ceros, y como máximo siete
ceros. Ocho o más ceros seguidos, se descomponen en grupos
de tres ceros, cada uno codificable como 000100. Existen
también las codificaciones RLL 1,7 y RLL 3,9
también conocidas como ARLL (Advanced RLL), que
permiten hasta un 90% de ganancia de densidad en relación
con MFM.

20.
¿Qué es un disquete "floptical"?

Si bien la denominación "floptical" -proveniente
de floppy y optical- parecería indicar un disquete
flexible removible que es escrito o leído mediante
láser, el floptical es un disquete flexible
magnético, que se graba y lee de la forma vista (figura
2.5). O sea con una cabeza (figura 2.28) que para escribir cada
pista genera campos magnéticos N-S y S-N según el
sentido de la corriente que circula por una bobina; y que en una
lectura detecta inversiones del campo sobre la superficie de una
pista Dichas inversiones producen corrientes en la bobina,
generándose tensiones eléctricas que permiten
recuperar los unos y ceros almacenados.

La particularidad de un floptical es que usa
láser y óptica
auxiliar para posicionar el cabezal sobre cada pista (figura
2.28). Este, como se dijo, escribe o lee información por
medios
magnéticos, de la forma descripta.

Esta sofisticación es necesaria a los fines de
poder operar con una densidad radial de 1245 t.p.i (pistas por
pulgada) contra 135 t.p.i de los disquetes comunes de 1,44 MB,
para que un floptical pueda guardar 21 MB Asimismo, un floptical
se lee y escribe unas tres veces más rápido que un
disquete común (floppy). Ello se debe a que es posible
acceder a un cilindro (pista) del mismo en 65 mseg, contra 150
mseg del segundo (tiempos promedio), y que su velocidad de
rotación es 720 r.p.m. (el doble que la de un
floppy).

Por otra parte, una unidad para floptical también
puede leer o escribir disquetes comunes, dado que cada cabeza
presenta dos entrehierros: uno muy estrecho para disquetes
floptical, y otro más ancho para floppys.

Para que el servo óptico posicione el cabezal en
la pista seleccionada, al lado de cada pista magnética que
almacena información (la cual puede ser formateada y
reformateada), existe otra "servo pista" no borrable (grabada o
estampada de fábrica) sobre la cual incide luz láser
puntual. Parte de esta luz se refleja en
dicha servo pista, y la información de control que ella
contiene es enviada al servo sistema, para que posicione
constantemente la cabeza en la pista magnética
seleccionada.

Existen servos más elaborados, con seguimiento
óptico por holografías en la superficie del
floptical.

21.
¿Qué son los disquetes y unidades
ZIP?

Las unidades ZIP (Zip Dlrive"), por las capacidades de
sus disquetes, por su confiabilidad, y por su velocidad de
transferencia están a mitad de camino entre las unidades
de disquete y las de disco duro,
aunque más próximas a esta última.
Así, su velocidad de giro es del orden de 3000 r.p.m, lo
cual redunda en una mayor velocidad de transferencia.

El gabinete del ZIP drive es externo al gabinete de
la computadora
(figura 2.29).

La conexión del ZIP drive generalmente se hace en
el port paralelo que usa la impresora,
debiéndose desconectar ésta de dicho port, y
volverla a conectar al gabinete del ZIP drive en un conector
preparado. Los disquetes para ZIP drive son flexibles, y pueden
almacenar en sus dos caras magnetizables 100/200 MB,
empleándose comúnmente para back-up del disco
rígido. Las cabezas de escritura/lectura están en
contacto con las superficies de ambas caras, siendo más
pequeñas en tamaño que las usadas en una
disquetera, lo cual permite grabar y sensar con densidades de
grabación mayores.

22.
Bibliografía:

• M. C. Ginzburg, Introducción general a la
  informática: Periféricos y redes locales.

Trabajo realizado y enviado por:
Leandro Vanden Bosch
Estudiante de Ing. en Sistemas;
Universidad
Abierta Interamericana;
Buenos Aires,
Argentina.
1999.
lvbosch[arroba]usa.net