Tema 5 Unidades de almacenamiento de información

1.       Discos duros

Los discos duros o HDD constituyen el medio de almacenamiento de información más importante del ordenador, permitiendo almacenar y recuperar gran cantidad de esta.

Forman parte de la memoria secundaria del ordenador llamada así en oposición a la memoria principal o RAM. La memoria ofrece gran capacidad de almacenamiento, es no volátil (su contenido no se borra al apagar el ordenador) y el acceso a ella es más lento que a la memoria principal.

1.1   Estructura física de un disco duro

Un disco duro es una caja herméticamente cerrada, en cuyo interior, se encuentran los platos donde se guarda la información y las cabezas para leer y escribir sobre los platos. Dentro del disco duro, existen dos motores uno que se encarga de hacer girar el disco y otro para el movimiento de las cabezas, la caja hermética, se complementa con un conjunto de componentes eléctricos y mecánicos capaz de sincronizar los dos motores y las acciones de la cabeza de escritura y lectura.

1.1.2 Funcionamiento

El disco es en realidad una pila de discos llamados platos que almacenan la información magnéticamente. Estos platos tiene dos caras o superficies magnéticas, la superior e inferior, formadas por millones de pequeños elementos capaces de ser magnetizados positiva o negativamente. De esta forma se representan los dos posibles valores de un bit de información.

Los diferentes platos que forman el disco giran a una velocidad constante y no cesan de girar mientras esté el ordenador encendido. Cada cara del plato tiene asignad  uno de los cabezales de escritura /lectura. Para poder acceder a la información del disco el conjunto de cabezales se puede desplazar linealmente desde el exterior hasta el interior de la pila mediante un brazo mecánico que los transporta.

Los pasos que realiza el disco duro en una operación de lectura, son:

·         Desplazar los cabezales de lectura/escritura hasta el lugar donde empiezan los datos

·         Esperar a que el primer dato llegue al lugar donde están los cabezales

·         Leer el dato con el cabezal

La operación de escritura es similar.

La alimentación de energía le llega al disco por un cable desde la fuente de alimentación por un conector de 4 contactos.

                              

1.1.3 Cabezas, cilindros y sectores

Para organizar los datos en un disco duro se utiliza tres parámetros que definen la estructura física del disco: Cabeza, cilindro y sector.

Las cabezas:

·         Son los elementos que cumplen con la función de lectura/escritura. Hay una por cada superficie de datos, es decir, dos por cada plato del disco.

·         Cada una de las caras del disco se divide en anillos concéntricos denominados pistas que es donde se graban los datos

Los cilindros:

·         Está formado por todas las pistas accesibles en una posición de los cabezales

·         Cada pista se encuentra divida en tramos o arcos iguales que permiten la grabación de bloques de bytes. Cada uno de estos tramos se llama sector. Los sectores son las unidades mínimas de información, que se pueden leer o escribir en un disco duro.

Las numeraciones de cilindros cabezas y sectores, es la siguiente:

El primer cilindro es el 0 la primera cabeza es la 0 y el primer sector es el 1. La capacidad de un disco duro, se puede calcular conociendo estos valores.

Vamos a calcular la capacidad de un disco sabiendo que cada sector almacena 512 bytes y nos da los siguientes datos cilindros = a 6253 cabezas igual a 16 sectores = 63 la capacidad será igual a: capacidad= a cilindros x cabezas x sectores y x bloques y esto es igual a 3227.148.288 bytes (igual a tres gigas)

1.2   Estructura lógica

La estructura lógica de un disco duro está formada por:

·         El sector de arranque: es el primer sector de todo el disco duro (cabeza 0 cilindro 0 y sector 1). En el  se almacena la tabla de particiones y un pequeño programa llamado máster boot que es el encargado de leer la tabla de particiones y ceder el control al sector de arranque de la partición activa.

·         El espacio particionado: es el espacio de disco duro que ha sido asignado a alguna partición. Las particiones se define por cilindros. Comienza en la primera pista de un cilindro y termina en la última de otro

·         Espacio sin particionar: espacio del disco que todavía no se ha asignado a ninguna partición

2.       Características de un disco

La capacidad y el rendimiento de los discos duros, se determina en función de varios factores que son: el modo de transferencia, el tiempo de acceso, el tiempo de búsqueda. La velocidad de rotación, la latencia, la capacidad de almacenamiento y la caché del disco.

·         Modo de transferencia: hace referencia a como se transfiere los datos desde la unidad e disco duro hacia la RAM. Hay varias técnicas: PIO: entrada/salida programada. Utiliza el procesador del sistema como intermediario para el intercambio de datos. DMA: Acceso Directo a Memoria: es un sistema pensado para transferir datos desde la RAM hasta el disco duro y viceversa, sin que el procesador  tenga que intervenir en esta tarea.

·         Tiempo de acceso: es el tiempo usado por las cabezas de lectura/escritura, para colocarse encima del sector que se va a leer o a escribir. Este tiempo debe estar comprendido entre los 9 y los 12 milisegundos

·         Tiempo de búsqueda: es el tiempo que necesita la unidad para desplazar las cabezas desde una pista a otra, está comprendido entre 8 y 21 milisegundos.

·         Velocidad de rotación: marca la velocidad de giro del disco. Los valores típicos se encuentra 5400 y 7200 Rpm aunque en disco con SCASI pueden ser mayores

·         Latencia: cuando se desplazan las cabezas hasta el cilindro adecuado la unidad tiene que esperar hasta que el sector deseado pase por debajo de la cabeza. La latencia es el tiempo necesario para que gire el disco y el sector alcance la posición correcta. Cuanto mayor sea la velocidad de rotación del disco, menor será la latencia.

·         Capacidad de almacenamiento: aunque todas las características son importantes, lo principal de un disco duro es su capacidad, se mide en Gigabyte

·         Caché des disco: la cache del disco almacenará las lecturas de forma que cuando la controladora solicite datos del disco, ya los tenga disponible en su caché y no haya que esperar a que los cabezales cambien de posición.

3.       Discos duros IDE

Los discos duros IDE, albergan toda la electrónica del controlador en su placa base.  Hace años los discos duros que se utilizaba, no tenían ningún tipo de autonomía y necesitaban tarjetas controladoras que realizasen las tareas referentes al manejo control y flujo de datos.

La conexión del disco duro al sistema, se hará mediante un  cable plano de 40 pines que se conectara a la interfaz o conector IDE en la placa base. La placas bases actuales, incluyen dos conectores o canales IDE (IDE primario, IDE secundario). Al conector IDE primario, se conectara la unidad e arranque del sistema. Cada interfaz IDE, admite como máximo dos dispositivos IDE como por ejemplo dos discos duros, un disco duro y una unidad de CD-ROM.

La interfaz que se usa es la EIDE (IDE mejorada)

3.1   Maestro/esclavo

Cada interfaz o conector IDE, soporta dos dispositivos y cada dispositivo, debe ser identificado. Uno se identificará como maestro (Máster) y otro como esclavo (Slave) en ese cable conector. No puede haber dos maestros o dos esclavos sobre el mismo cable.

Los dispositivos IDE, usan Jumpers (o puentes) para la identificación maestro/esclavo.

Suelen estar situados en la parte del disco donde se haya el conector IDE.

                        

La posición de los Jumpers, se suelen encontrar en una pegatina que se haya en la parte de arriba. La configuración típica de los Jumpers, son:

·         Maestro en un cable de una sola unidad. Suele venir en la etiqueta del disco como “Master with a non ATA slave”

·         Maestro en un cable de dos unidades.  Master o stand-alone / Master o single drive

·         Esclavo:  en la pegatina pone Slave o drive is a slave

·         Selección por cable para designar cual es la unidad maestra y cual la esclava: aparece como cable select

No todas las unidades admiten todas las combinaciones (hay que consultar la pegatina).

A la hora de manipular la unidad e disco hay que tener en cuenta:

·         No debemos golpearla

·         No debe estar expuesta a fuentes magnéticas que puedan afectar a la información.

·         No se debe abrir el disco

·         No se debe usar tornillos muy largos para ajustar los discos en la caja.

·         Debe usarse preferentemente en posición horizontal.

Discos duros SCSI

Los discos duros SCSIS menos que los discos duros IDE debido a su elevado coste, sin embargo suele ser mas rápidos a la hora de transmitir datos con una tasa de transferencia casi constante y usando menos el microprocesador para esa tarea.

Se suelen utilizar en ordenadores cargados de trabajo como los servidores.

La interfaz SCSI soporta más dispositivos y mas tipos de dispositivos que la interfaz IDE y no suele estar integrada en la placa base

Los discos duros SCSI no se registran en la BIOS. En cambio la tarjeta adaptadora SCSI incluye su propia BIOS que regulara todas las actividades con indiferencia del procesador. Un ordenador que tenga adaptador SCSI mostrará información en el proceso de arranque y la posibilidad de acceder a la BIOS de la adaptador mediante una combinación e tecla como por ejemplo Ctrl+a.

La puesta en marcha de una tarjeta SCSI no suele plantear problemas porque la mayoría de los dispositivos son plug and play. Físicamente el disco es similar al IDE la interfaz es distinta y dado que se pueden conectar más de dos dispositivos en cada cable para identificar el dispositivo se utiliza una hilera de jumpers. El cable también es distinto es más estrecho, tiene múltiples conectores y acaba con un terminador SCSI.

Discos duros extraíbles: existen en el mercado discos duros externos que se conectan al ordenador a través de puertos USB o Firewire 

2. Disquetes

Los disquetes o discos flexibles has sido el sistema principal de almacenamiento de datos en los ordenadores, así como el principal medio utilizado para la distribución de software. Cuando aparecieron los discos duros los disquetes siguieron manteniéndose por varios motivos.

Se utilizan para arrancar el sistema, para distribuir software y proporciona un medio de almacenamiento extraíble. Actualmente la unidad de disquete, se incluye en la mayoría de los ordenadores. Su uso principal es el arranque del sistema y el almacenamiento temporal de archivos pequeños

2.1 Características

Un disquete consiste en una película muy fina de myla cortada en forma de círculos e impregnada en sus dos caras por películas magnéticas que  constituyen el medio de almacenamiento real. La hoja de myla está contenida dentro de una caja de plástico con un orificio rectangular cubierto por un protector deslizante generalmente metálico que deja ver las caras del disco. El protector salva-guarda el disco contra el polvo y la suciedad.

En la parte inferior izquierda, dispone de una ranura de protección contra escritura.

Los disquete más utilizados son los de 3 _1/2 pulgadas de doble cara y alta densidad más conocidos como 3 _1/2 HD. Tiene 80 pistas y 18 sectores por pista en cada cara. 1.44 MB es la capacidad de almacenamiento. Son dispositivos poco fiables para almacenar información, ya que le afecta el calor, el frio, la humedad, los campos magnéticos…

2.2 Unidad de disquetes

La unidad de disquete es un dispositivo interno que se monta dentro de una bahía en la caja del ordenador.  Su tamaño es similar a una unidad de disco duro. La parte frontal ha de estar visible, para poder introducir el disquete

Escribe los datos en los discos en forma de pistas al igual que los discos duros y por las dos caras. Está formada por los siguientes componentes:

La cabeza de lectura escritura

El motor de giro que hace girar al disco en el interior de la caja de plástico a una velocidad de 300 rpm

El conector para conectar la unidad al puerto correspondiente a la placa base (Floppy)

El conector para conectar la unidad a la fuente de alimentación

El cable de datos  es un cable plano de 34 pines con un extraño retorcido en uno de sus extremos. Este retorcido se utiliza para distinguir las unidades de disquete y no tener que usar jumpers para configurarlas. La unidad más próxima es la a (disquete)

3.       Dispositivos de almacenamiento óptico

En un principio los disquetes se utilizaban para suministrar productos de  software y sistemas operativos. Debido al aumento de tamaño de estos productos, los disquetes se hicieron cada vez menos prácticos y se sustituyeron por los CD-ROM.

El disco compacto o CD apareció por primera vez en 1982 en formato de audio. Los CD-ROM aparecieron en 1984 permitían almacenar hasta 700MB.

El software a seguido en aumento y actualmente muchos productos software necesitan varios CD-ROM. Surge entonces el DVD que permite almacenar hasta 17 GB.

Los CD-ROM y DVD son dispositivos de almacenamiento óptico. El almacenamiento es digital; la unidad lee unos y ceros y lo convierte al formato del ordenador.

Físicamente están formados por un disco de policarbonato de 12 cm de diámetro y 1.2 mm de espesor con un agujero central de 1.5 cm de diámetro.

3.1   CD-ROM

Medio habitual para almacenar datos

3.1.1 Formatos:

Existen muchos formatos de disco, la diferencia entre uno y otro está en el modo en el que se codifica la información

CD-DA: está destinado al formato de audio

CD-ROM: es el utilizado habitualmente para datos

CD-R multisesion: define el formato para los discos grabables multisesion, contemplando la posibilidad de agregar datos a un CD-ROM ya grabado

CD-RW multisesion: define el formato para los discos regrabables multisesion, contemplando la posibilidad de grabar, borrar y volver a grabar como si de un disquete se tratara

3.1.2 Unidades de CD-ROM

La unidad de CD-ROM solo admite acceso solo lecturas. No es posible borrar, sobrescribir, o modificar la información grabada en el disco.

Está formada por los siguientes elementos:

La cabeza de lectura: consta de una fuente de luz y un receptor de luz, llamado fotodetector. La cabeza envía la luz sobre la superficie del disco que contiene los datos, y el detector lee la luz reflejada

Accionador de la cabeza: se encarga de desplazar la cabeza sobre la superficie del disco hasta la pista que va a leerse

Motor de rotación: es el que hace girar al disco

Mecanismo de carga del disco: es el encargado de introducir el CD en la unidad. Suele utilizarse una bandeja de plástico que se gestiona mediante la pulsación de un botón desde el frontal de la unidad. Los discos se colocaran en esta bandeja con la etiqueta hacia arriba.

El frontal de la unidad, deja al descubierto una serie de elementos, entre ellos están la salida de los auriculares, el controlador de volumen, el LED de cuando esta funcionado el CD, el botón de expulsión del CD, el de parada el de play…

3.1.3 Velocidad de transferencia

La velocidad de una unidad CD-ROM expresa la tasa de transferencia de datos, lo cual se indica mediante un nº seguido de una X por ejemplo, 52X. Los primeros CD-ROM operaban a la misma velocidad de los de audio estándar (150 Kb/seg). El signo X se utiliza para expresar que el CD-ROM alcanza una velocidad e transferencia de 2, 4, 16, 24, 48, 52 veces la velocidad anterior. Por tanto la tasa de transferencia para un CD-ROM de 52X es de 52 * 150 = 7800Kb/seg.

Sin embargo la mayoría de los fabricantes, suelen añadir la palabra máx. A esta cifra para indicar que la tasa de transferencia máxima que puede alcanzar el lector es de 7800Kb/ seg en el caso de CD-ROM de 52X. Esto es debido a que los lectores actuales utilizan la velocidad CAV, donde la tasa de transferencia de datos en la zona exterior del disco, es mayor que en la zona interior

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

3.2   Instalación

La unidad de CD-ROM se conecta a la interfaz IDE del sistema igual que se hacía con los discos duros. La parte trasera de la unidad está formada por: el conector de alimentación, conector IDE, Jumpers, el conector de salida digital de audio, y el analógico de audio para conectarlo a una tarjeta de sonido

4.       DVD

Las características principales de un DVD  son su velocidad y capacidad de almacenamiento.

Los DVD son del mismo tamaño que los CDs  pero pueden contener más datos por varios motivos:

·         Las longitudes de los hoyos microscópicos utilizados para codificar los datos, son menores en el DVD que en el CD

·         Las pistas de un DVD están más próximas que un CD

·         Un DVD puede tener dos capas de datos; una capa opaca y otra translucida

·         La unidad puede leer las dos capaz enfocando el laser a una o a otra

·         Un DVD consiste en dos discos pegados uno contra el otro, esto hace posible que se pueda tener datos en las dos caras del disco. En las unidades de CD tiene una cabeza para leer una cara, por lo que si se quiere leer la otra, es necesario dar la vuelta. Cada cara del disco, puede tener a su vez dos capas de datos

·         Los DVD utilizan un método más eficaz de detección y corrección de errores

En cuanto a la velocidad de transferencia, hemos de tener en cuenta que un DVD 1X transfiere datos a 1300KB/s que equivale a una unidad de CD-ROM de 8X

La capacidad de almacenamiento de una capa en un DVD es de 4.7Gb. Si se utilizan dos capaz para grabar datos, la segunda tiene una capacidad de 3.8Gb. La capacidad de un DVD según el nº de caras que se usan y el nº de capaz de datos es la siguiente:

 Por su número de caras y capas podemos clasificar a los DVD's de la siguiente forma: 
- DVD-5: Una cara, capa simple. 4.7GB o 4.38GiB - Discos DVD-/+R/RW. Es el tipo más utilizado. 
- DVD-9: Una cara, capa doble. 8.5GB o 7.92GiB - Discos DVD-/+R DL. Son los conocidos doble capa. 
- DVD-10: Dos caras, capa simple en ambas. 9.4GB o 8.75GiB - Discos DVD-/+R/RW. Muy poco utilizado. 
- DVD-14: Dos caras, capa doble en una, capa simple en la otra. 13'3GB o 12'3GiB. Este formato no se utiliza. 
- DVD-18: Dos caras, capa doble en ambas. 17.1GB o 15.9GiB - Discos DVD+R. Este formato es muy raro y prácticamente no se utiliza. 
En realidad, salvo los tipos DVD-5 y DVD-9, los demás tipos de DVD son muy raros y no se utilizan en la práctica casi nada. 

4.1 Unidades de DVD

Físicamente, las unidades de lectores y grabadoras de CD, son muy similares a la de DVD. En la parte frontal, encontramos la bandeja del disco, el botón de parada y expulsión y el LED indicador de actividad,

En la parte trasera de la unidad, encontramos los miso elementos ya viste en el CD

4.1.1  Cuidado de un CD y un DVD

Consejos para proteger los discos.

·         No doblar, cortar, calentar ni arañar

·         No utilizar productos químicos para limpiar el disco

·         Emplear en su lugar un paño suave y seco. Se sujetará el disco por los bordes y se limpiara radialmente desde el centro hacia el exterior, no limpiarlo circularmente

·         No colocar etiquetas sobre un disco grabable a menos que estén diseñadas para ello

·         No utilizar rotuladores con tinta que contengan alcohol. La tita puede atravesar la laca del disco y dañar los datos.

5.    Memoria flash

Las memorias flash son dispositivos de estado sólido (no tiene partes móviles) que leen y escriben datos eléctricamente en lugar de hacerlo magnéticamente. Tiene la propiedad e conservar los datos cuando se apaga el dispositivo que las usa. Son pequeñas practicas y resistentes a los golpes. Existen muchos formatos y cada vez tienen mayor capacidad de almacenamiento. Los formatos más populares son: 

MMC (Multi Media Card) – Formato creado por Siemens en conjunto con SanDisk en 1997. Es un formato libre, permitiendo a las demás empresas promover mejorías en dicho formato. Es muy utilizado en teléfonos móviles y es compatible con el formato SD. Además tiene una protección para impedir el borrado accidental (como en los diskettes de 3.5″).

Modelos: MMC, Reduced Size MMC (RS-MMC), MMCmobile, secureMMC, MMC 4x
Capacidad: 16MB a 4GB.
Ancho de banda: 8MB/s.
Medidas: 24x32x1, 5 (mm)

SD (Secure Digital)

Formato creado por Panasonic, junto a Toshiba y SanDisk, y está basado en MMC. Así podrás leer una tarjeta SD en lector MMC y vice-versa (aunque esto no siempre se cumple). Es muy liviano y tiene una alta capacidad de almacenamiento. Además tiene 2 versiones de menores dimensiones: miniSD y microSD. Al igual que MMC, tiene protección para evitar el borrado accidental.

Modelos: SD, miniSD, microSD.
Capacidad: 128MB a 32GB.
Ancho de banda: hasta 30MB/s
Medidas: 24x32x2, 1 (mm).

CF (Compact Flash)

Es uno de los primeros formatos de memoria Flash, creado por SanDisk en 1994. Fue y sigue siendo muy popular. La única desventaja hoy en día, es su tamaño, que ya no es tan “Compacto” como lo son los formatos más recientes. Modelos: CF tipo I, CF Tipo II, CF+ microDrive.
Capacidad: 128MB a 32GB.

Ancho de banda: hasta 30MB/s.
Medidas: 42,8×36,4×3,3 (mm)

Memory Stick

Formato creado por Sony para sus productos (como siempre, usando sus propios formatos) tales como cámaras digitales, cámaras DV y miniDV, y sus PDA’s Clié. No le veo muchas ventajas a un formato que solo es utilizado por Sony, aparte de la velocidad de transferencia.

Modelos: Memory Stick, Memory Stick Pro, Memory Stick Pro Duo.
Capacidad: 128MB a 16GB.
Ancho de banda: 160Mb/s.
Medidas: 50×21,5×2,8 (mm).

xD-Picture

Una de la tarjeta más pequeña del mercado. Fue creado en 2002 por Olympus junto a Fujifilm y Kodak para sus cámaras digitales. Tiene muchos adaptadores para otros formatos como CompactFlash. Modelos: xD-Picture, xD-Picture Tipo M, xD-Picture Tipo H.
Capacidad: de 16MB a 8GB.
Ancho de banda aprox.: 5MB/s.
Medidas: 20x25x1, 78 (mm)

SmartMedia

Es una tarjeta de memoria estándar desarrollada por Toshiba en 1995 para competir con las CompactFlash, las PC Card y las MiniCard, uno de los más difundidos de almacenamiento de imágenes junto con las tarjetas CompactFlash. Ya no se fabrica y no ha habido nuevos dispositivos diseñados para usarse con las SmartMedia desde hace años.

Pen drive: 

 Son dispositivos pensados para ser usados como discos duros portátiles. Llevan una memoria flash en su interior y un conector USB (la mayoría son USB 2.0) que nos permite conectarlos directamente al ordenador. Son de reducido tamaño lo que permite llevarlos "encima" sin problemas. Se pueden usar de llaveros ya que son bastante resistentes a caídas y golpes. La ventaja de estos dispositivos es que se conectan directamente al ordenador y no requieren instalación de software adicional.