Discos (página 2)

3. Disco rígido

El cuerpo del disco esta construido en los discos rígidos por aluminio o cristal cerámico. Las pistas son circulares y cada una de estas esta dividida en sectores. Cuando un disco rígido graba lo que hace es: Mueve los brazos hacia el sector que desea, y luego a través de una bobina y de un núcleo ferromagnético que poseen los cabezales genera un campo magnético de polaridad reversible s-n o n-s que imanta la pista.

La distancia entre el cabezal y un disco es demasiada pequeña. Una bobina de alambre arrollada sobre el cabezal genera dicho campo magnético al circular por ella una corriente eléctrica. Las pistas de un disco son escritas o leídas por el mismo cabezal. El cabezal queda quieto siempre gira el disco. Cuando se mueve el brazo de la cara de arriba también se mueve el brazo de la cara de abajo hacia la misma pista. Solo una cabeza se puede usar por vez.

Según como esté cada partícula magnetizada ( N-S , S-N ) dependerá si hay un 0 o 1. El proceso de lectura es inverso al de escritura, va girando y a medida que encuentra cambio de polarización cambia la corriente que mandara. Ej : N – S , N – S , S – N , S – N es 0,0,1,1.

Al moverse las dos cabezas juntas se logra leer o escribir más rápido ya que el cabezal se posiciona en el mismo lugar de distintas caras y sin moverse el brazo (que es lento porque es mecánico) lee o escribe mas datos en el mismo tiempo. Las pistas o cilindros se enumeran del exterior para el centro. No se dice pista 20 sino pista del cilindro 20. Para leer algún dato debe usarse tres números: El del sector, el de la cabeza y el del cilindro. Todas las pistas de un disco guardan la misma cantidad de bits y tienen la misma numero de sectores. En las pistas más internas los bits están mas apretados que en las externas. Ya que en las externas en diámetro es mayor.

Formateo Cuando compramos un disquete este viene en blanco, nosotros debemos formatearlo u organizarlo. Esto quiere decir que debemos generar los sectores que conforman cada pista con su información e información identificatoria de comienzo y final, y entre ambas el campo reservado para Los datos a escribir.

Luego del comienzo a cada sector se graba el numero de CHS que lo identifica para poder acceder al mismo. Esta grabación inicial se lo denomina "formateo físico" luego del cual se efectúa el "formateo lógico", que implica escribir en el campo de datos de ciertos sectores, información exclusiva para el uso del sistema operativo. (tabla de particiones, subrutina de booteo, datos del disco, Fat y directorio raiz).

En el formateo "físico" o de bajo nivel se generan los sectores de cada una de las pistas. Para cada sector de la cabeza escribe los números de CHS (cilindro, Head y Sector) que sirven para localizarlo e identificarlo, luego reserva un lugar de 512 bytes cuyo contenido se establecerá cuando se escriba el sector.

El formateo físico es cuando el sistema operativo asigna cuanto mide cada sector. Cuando se realiza el formateo lógico se escriben un pequeño numero de sectores con la información que conforma el "área de sistema", este comprende las siguientes estructuras. * Tabla de particiones que permite dividir el disco en particiones ó sea partes menores. * Sector de arranque "Boot" esta en el primer sector de cada disco rígido. * Tabla para determinar los clusters de un archivo FAT: Esta en el sector que le sigue al sector de arranque. * Directorio raíz: Esta en sectores que le siguen a la fat.

La tabla de particiones del disco aparece una sola vez en la primera partición, Sectores de booteo, Tablas fat y directorio raíz aparecen en cada partición. El DOS divide los archivos en una cadena de bloques de igual tamaño llamados "Clusters", la Fat es el mapa del área de datos que tiene el dos, en este aparecen numerados los clusters que se pueden usar, indicando para cada uno si esta ocupado o si esta disponible. También dado el numero de un cluster ocupado por un archivo la fat indica cual es el numero del cluster siguiente que el dos le adjudico a ese archivo.

El directorio raíz sirve para saber si un archivo o subdirectorio esta o no almacenado. También indica sus atributos: protegido contra escritura, oculto, lectura/escritura, etc. Tamaño del archivo y fecha de creación. También proporciona al sistema operativo, el numero del primer cluster del archivo buscado, para entrar a la fat y determinar cuales son los clusters que componen ese archivo.

Depende del tamaño de la partición o del disco entero va a variar el tamaño del cluster o cantidad de sectores consecutivos. Ej: Una partición de 128 MB y hasta 255 MB tiene clusters de 4 KB y 8 sectores consecutivos. Esto sirve si uno tiene un archivo de 15 Kb y lo tiene que dividir en sectores de 2Kb necesita 8 clusters si el cluster tendría 8 Kb habría que dividirlo en 2 clusters, esto implica que menos veces tiene que buscar donde esta el sector.

¿Cómo es una pista y un sector de disquete? La unidad funcional de copia o lectura son los sectores. Así cada vez que se copia de un disco a otro una determinada información, esta se copiara sector a sector. Entre sector y sector existen unas separaciones llamadas GAPS que facilitan el movimiento de la cabeza de lectura escritura. El campo de datos es de 512 bytes, y es de donde se lee o escribe datos o información.

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

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

En cada unidad existe una cabeza de lectura/escritura para cada cara de un disco. El controlador ordenara activar para escritura/lectura solo la cabeza de la cara indicada, y dará la orden de posicionarla sobre el cilindro seleccionado. Al comienzo de cada sector de un disco están escritos dichos tres números de CHS, formando un numero compuesto, que es su "dirección", necesario para localizarlo, direccionarlo o como quiera decirse. Por esto se dice que un disco/disquete es de acceso direccionable.

¿ Que son los tiempos de posicionamiento, latencia y acceso en un disco o disquete? Para acceder a un sector que esta 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 directamente sobre el cilindro seleccionado, o sea sobre la pista del cilindro correspondiente a esa cara. 2.Una vez que la cabeza se posiciono sobre dicha pista, los sectores de esta desfilaran debajo de esa cabeza. Cada uno es leído hasta encontrar aquel cuyo numero coincida con el enviado a la controladora, en cuyo caso su campo de datos será escrito o leído. Este se denomina tiempo de latencia.

Organización por clusters y Sl

El DOS como otros sistemas se desentiende de la ubicación física real de los sectores, o sea no opera con la estructura física o geométrica de un disco. El DOS no tiene en cuenta los números CHS. Simplemente supone que los sectores de un disco forman una sucesión de sectores lógicos (SL) numerados en forma consecutiva empezando del 0, usando un solo numero por cada SL.

Las rutinas del ROM BIOS llamadas por el DOS son las encargadas de hacer la organización lógica que ve el DOS con la organización física del CHS. Por ejemplo, en el caso que SL (0), el CHS es 0-0-1. Luego los sectores siguen en el orden indicado para el cilindro 0, siendo así que SL(71) es el de CHS = 1-1-18. Así se numeran los SL, según los sectores físicos, de pista en pista de cada cilindro y de cilindro en cilindro. El CHS=80-1-18, corresponde a la numeración más alta que pertenece a SL(28799). Con este método el DOS y otros SO no tienen la seguridad que los sectores de un archivo se encuentren todos en un mismo cilindro, aunque es muy probable que así sea. Esto se desea para tener menos tiempo de acceso, ya que se gana tiempo de latencia y de posicionamiento del cabezal.

El DOS y otros SO, aparte de ver los sectores de manera lógica, dividen los archivos en unidades de igual tamaño llamadas clusters. Un cluster puede estar formado por un sector lógico o agrupar un numero de sectores lógicos de numeración consecutiva (el tamaño de los clusters debe ser siempre iguales entre si en un mismo disco o partición de rígido). En un cluster no se puede almacenar mas de un archivo. Para el DOS un archivo es una cadena de clusters cuyos números pueden ser o no ser consecutivos.

En los disquetes de 5 1/4 con 1.2 MB y en los de 3 1/2 con 1.44 MB un cluster ocupa un sector (512 bytes), mientras que los discos de 5 1/4 de 360 KB y en los de 3 1/2 de 2,88 MB un cluster es 1 KB (2 sectores). Si bien un cluster corresponde a uno o más sectores físicos, para el DOS corresponde a 1 o más sectores lógicos numerados consecutivamente. Una razón importante para dividir un archivo en clusters, que agrupen varios sectores, consiste en el ahorro de tiempo de acceso a un disco. Ya que varios sectores consecutivos son un cluster y el cabezal ahorra tiempo de posicionamiento y se reduce el tiempo de latencia.

Motor de impulsos:

Es un motor eléctrico de gran precisión. Su misión es mover la cabeza de lectura-escritura a través de la superficie de los discos metálicos en sentido radial para situarse en el sector y cilindro adecuado. Todo el conjunto de cabezales y discos viene envuelto en una caja sellada herméticamente, para impedir que las partículas de polvo y suciedad existentes en el ambiente se depositen sobre la cabeza de lectura-escritura, causando luego la aparición de errores tanto en la obtención de datos como en su grabación, llegando incluso a perderse toda la información contenida en él.

Circuito impreso controlador:

Situado en la parte inferior del conjunto de disco duro. Contiene los dispositivos electrónicos que controlan: la velocidad de giro, la posición de la cabeza de lectura-escritura y la activación de obtención o grabación de datos. Este circuito consta, en un principio, de tres conectores: Dos planos de pistas doradas y uno blanco con cuatro patillas AMP hembra. Los primeros se utilizan para comunicarse el disco duro con su tarjeta controladora que esta unida a la CPU, mediante otro conector plano.

El otro conector es el que alimenta a la unidad de disco y la une con la fuente de alimentación del ordenador. Este consta de cuatro patillas, en las que destaca la masa y los voltajes de +5 y +12 voltios.

Circuito impreso controlador

 Todos estos componentes van protegidos por una carcasa de aleación que mantiene a todos estos alineados con toda precisión, esta carcasa es la que dota al disco duro de su peso y robustez.

Características:

La diferencia mas clara entre un disquete y un disco duro es la gran capacidad de almacenamiento de este ultimo.

Esto hace que tengamos que tratar de forma diferente a los discos duros de los flexibles.

Los discos duros presentan un problema especial que, por otra parte, tiene solución. Al estar en el interior de la computadora no podemos combinarlo con otro de formato diferente o preparado para otro sistema operativo (normalmente se usa DOS pero hay otros SO como UNIX, OS-2 etc…). Este problema deja de tener importancia cuando se usan discos removibles, ya que su utilización es similar a la de los discos flexibles.

Con los disquetes y con los removibles no hay problema de reconocimiento por parte de nuestro sistema operativo, porque si no lo reconoce por estar inicializado (formateado) con un sistema podemos introducir otro, pero el disco rígido si trabaja con un sistema operativo, en un principio, ya no puede utilizar otro.

Por eso los fabricantes de hardware permiten organizar el disco rígido para que acepte varios sistemas operativos por medio de lo que se denomina partición del disco duro (dividirlo en áreas).

Él formateo físico implica la creación de sectores, sus marcas de dirección (utilizadas para identificar los sectores después del formateo) y la porción de datos del sector. Él formateo lógico del disco rígido es la conversión de un disco al modelo que define el sistema operativo.

El disco duro es el sistema de almacenamiento más importante de su computador y en el se guardan los archivos de los programas – como los sistemas operativo D.O.S. o Windows 95, las hojas de cálculo (Excel, Qpro, Lotus) los procesadores de texto (Word, WordPerefct, Word Star, Word Pro), los juegos (Doom, Wolf, Mortal Kombat) – y los archivos de cartas y otros documentos que usted produce.

La mayoría de los discos duros en los computadores personales son de tecnología IDE (Integrated Drive Electronics), que viene en las tarjetas controladoras y en todas las tarjetas madres (motherboard) de los equipos nuevos. Estas últimas reconocen automáticamente (autodetect) los discos duros que se le coloquen, hasta un tamaño de 2.1 gigabytes.

La tecnología IDE de los discos duros actuales ha sido mejorada y se le conoce como Enhaced IDE (EIDE), permitiendo mayor transferencia de datos en menor tiempo. Algunos fabricantes la denominan Fast ATA-2. Estos discos duros son más rápidos y su capacidad de almacenamiento supera un gigabyte. Un megabyte (MB) corresponde aproximadamente a un millón de caracteres y un gigabyte (GB) tiene alrededor de mil megabytes. Los nuevos equipos traen como norma discos duros de 1.2 gigabytes.

Las motherboards anteriores con procesadores 386, y las primeras de los 486, reconocen solo dos discos duros, con capacidad hasta de 528 megabytes cada uno y no tienen detección automática de los discos. Para que estas motherboards reconozcan discos duros de mayor capacidad, debe usarse un programa (disk manager) que las engaña, haciéndoles creer que son de 528 megabytes.

Si su computador es nuevo, la motherboard le permite colocar hasta cuatro unidades de disco duro. El primer disco duro se conoce como primario master, el segundo como primario esclavo, el tercero como secundario master y el cuarto como secundario esclavo. El primario master será siempre el de arranque del computador (C:>).

La diferencia entre master y esclavo se hace mediante un pequeño puente metálico (jumper) que se coloca en unos conectores de dos patitas que tiene cada disco duro. En la cara superior del disco aparece una tabla con el dibujo de cómo hacer el puente de master, esclavo o master con esclavo presente.

Partes del disco duro

La estructura física de un disco es la siguiente: un disco duro se organiza en platos (PLATTERS), y en la superficie de cada una de sus dos caras existen pistas (TRACKS) concéntricas, como surcos de un disco de vinilo, y las pistas se dividen en sectores (SECTORS). El disco duro tiene una cabeza (HEAD) en cada lado de cada plato, y esta cabeza es movida por un motor servo cuando busca los datos almacenados en una pista y un sector concreto.

El concepto "cilindro" (CYLINDER) es un parámetro de organización: el cilindro está formado por las pistas concéntricas de cada cara de cada plato que están situadas unas justo encima de las otras, de modo que la cabeza no tiene que moverse para acceder a las diferentes pistas de un mismo cilindro.

En cuanto a organización lógica, cuando damos formato lógico (el físico, o a bajo nivel, viene hecho de fábrica y no es recomendable hacerlo de nuevo, excepto en casos excepcionales, pues podría dejar inutilizado el disco) lo que hacemos es agrupar los sectores en unidades de asignación (CLUSTERS) que es donde se almacenan los datos de manera organizada. Cada unidad de asignación sólo puede ser ocupado por un archivo (nunca dos diferentes), pero un archivo puede ocupar más de una unidad de asignación.

Funcionamiento del disco duro

Cuando usted o el software indica al sistema operativo a que deba leer o escribir a un archivo, el sistema operativo solicita que el controlador del disco duro traslade los cabezales de lectura/escritura a la tabla de asignación de archivos (FAT). El sistema operativo lee la FAT para determinar en qué punto comienza un archivo en el disco, o qué partes del disco están disponibles para guardar un nuevo archivo.

Los cabezales escriben datos en los platos al alinear partículas magnéticas sobre las superficies de éstos. Los cabezales leen datos al detectar las polaridades de las partículas que ya se han alineado.

Es posible guardar un solo archivo en racimos diferentes sobre varios platos, comenzando con el primer racimo disponible que se encuentra. Después de que el sistema operativo escribe un nuevo archivo en el disco, se graba una lista de todos los racimos del archivo en la FAT.

Un ordenador funciona al ritmo marcado por su componente más lento, y por eso un disco duro lento puede hacer que tu MAQUINA sea vencida en prestaciones por otro equipo menos equipado en cuanto a procesador y cantidad de memoria, pues de la velocidad del disco duro depende el tiempo necesario para cargar tus programas y para recuperar y almacenar tus datos.

Características del disco duro

A continuación vamos a indicar los factores o características básicas que se deben tener en cuenta a la hora de comprar un disco duro.

Capacidad de almacenamiento

La capacidad de almacenamiento hace referencia a la cantidad de información que puede grabarse o almacenar en un disco duro. Hasta hace poco se medía en Megabytes (Mg), actualmente se mide en Gigabytes (Gb).

Comprar un disco duro con menos de 3,5 GIGAS de capacidad dará lugar a que pronto te veas corto de espacio, pues entre el sistema operativo y una suite ofimática básica (procesador de texto, base de datos, hoja de cálculo y programa de presentaciones) se consumen en torno a 400 MB.

Si instalas los navegadores de MICROSOFT y NETSCAPE suma otros 100MB; una buena suite de tratamiento gráfico ocupa en torno a 300MB y hoy en día muchos juegos ocupan más de 200MB en el disco duro.

Ya tenemos en torno a 1,5 GIGAS ocupados y aún no hemos empezado a trabajar con nuestro ordenador.

Si nos conectamos a Internet, vemos que nuestro disco duro empieza a tener cada vez menos espacio libre, debido a esas páginas tan interesantes que vamos guardando, esas imágenes que resultarán muy útiles cuando diseñemos nuestra primera Página WEB y esas utilidades y programas SHAREWARE que hacen nuestro trabajo más fácil.

Velocidad de Rotación (RPM)

Es la velocidad a la que gira el disco duro, más exactamente, la velocidad a la que giran el/los platos del disco, que es donde se almacenan magnéticamente los datos. La regla es: a mayor velocidad de rotación, más alta será la transferencia de datos, pero también mayor será el ruido y mayor será el calor generado por el disco duro. Se mide en número revoluciones por minuto ( RPM). No debe comprarse un disco duro IDE de menos de 5400RPM (ya hay discos IDE de 7200RPM), a menos que te lo den a un muy buen precio, ni un disco SCSI de menos de 7200RPM (los hay de 10.000RPM). Una velocidad de 5400RPM permitirá una transferencia entre 10MB y 16MB por segundo con los datos que están en la parte exterior del cilindro o plato, algo menos en el interior.

Tiempo de Acceso (Access Time)

Es el tiempo medio necesario que tarda la cabeza del disco en acceder a los datos que necesitamos. Realmente es la suma de varias velocidades:

* El tiempo que tarda el disco en cambiar de una cabeza a otra cuando busca datos. * El tiempo que tarda la cabeza lectora en buscar la pista con los datos saltando de una a otra. * El tiempo que tarda la cabeza en buscar el sector correcto dentro de la pista.

Es uno de los factores más importantes a la hora de escoger un disco duro. Cuando se oye hacer ligeros clicks al disco duro, es que está buscando los datos que le hemos pedido. Hoy en día en un disco moderno, lo normal son 10 milisegundos.

Memoria CACHE (Tamaño del BUFFER)

El BUFFER o CACHE es una memoria que va incluida en la controladora interna del disco duro, de modo que todos los datos que se leen y escriben a disco duro se almacenan primeramente en el buffer. La regla de mano aquí es 128kb-Menos de 1 Gb, 256kb-1Gb, 512kb-2Gb o mayores. Generalmente los discos traen 128Kb o 256Kb de cache.

Si un disco duro está bien organizado (si no, utilizar una utilidad desfragmentadora: DEFRAG, NORTON SPEEDISK, etc.), la serie de datos que se va a necesitar a continuación de una lectura estará situada en una posición físicamente contigua a la última lectura, por eso los discos duros almacenas en la caché los datos contiguos, para proporcionar un acceso más rápido sin tener que buscarlos. De ahí la conveniencia de desfragmentar el disco duro con cierta frecuencia.

El buffer es muy útil cuando se está grabando de un disco duro a un CD-ROM, pero en general, cuanto más grande mejor, pues contribuye de modo importante a la velocidad de búsqueda de datos.

1. Tasa de transferencia (Transfer Rate)

2. Este número indica la cantidad de datos un disco puede leer o escribir en la parte más exterior del disco o plato en un periodo de un segundo. Normalmente se mide en Mbits/segundo, y hoy en día, en un disco de 5400RPM, un valor habitual es 100Mbits/s, que equivale a 10MB/s.

3. Interfaz (Interface) – IDE – SCSI

Es el método utilizado por el disco duro para conectarse al equipo, y puede ser de dos tipos: IDE o SCSI.

Todas las placas bases relativamente recientes, incluso desde las placas 486, integran una controladora de disco duro para interfaz IDE (normalmente con bus PCI) que soporta dos canales IDE, con capacidad para dos discos cada una, lo que hace un total de hasta cuatro unidades IDE (disco duro, CD-ROM, unidad de backup, etc.)

Debemos recordar, sin embargo, que si colocamos en un mismo canal dos dispositivos IDE (e.g. disco duro+CD-Rom), para transferir datos uno tiene que esperar a que el otro haya terminado de enviar o recibir datos, y debido a la comparativa lentitud del CD-ROM con respecto a un disco duro, esto ralentiza mucho los procesos, por lo que es muy aconsejable colocar el CD-ROM en un canal diferente al de el/los discos duros.

La velocidad de un disco duro con interfaz IDE tambien se mide por el PIO (modo programado de entrada y salida de datos), de modo que un disco duro con PIO-0 transfiere hasta 3,3MB/s, PIO-1 hasta 5,2MB/s, PIO-2 hasta 8,3MB/s. Estos modos anteriores pertenecen a la especificación ATA, pero en la especificación ATA-2 o EIDE, los discos duros pueden alcanzar PIO-3, hasta 11,1MB/s, o PIO-4, hasta 16,6MB/s. Los discos duros modernos soportan en su mayoría PIO-4.

Recientemente se ha implementado la especificación ULTRA-ATA o ULTRA DMA/33, que puede llegar a picos de transferencia de hasta 33,3MB/s. Este es el tipo de disco duro que hay que comprar, aunque nuestra controladora IDE no soporte este modo (sólo las placas base Pentium con chipset 430TX y las nuevas placas con chipsets de VIA y ALI, y la placas Pentium II con chipset 440LX y 440BX lo soportan), pues estos discos duros son totalmente compatibles con los modos anteriores, aunque no les sacaremos todo el provecho hasta que actualicemos nuestro equipo.

En cuanto al interfaz SCSI, una controladora de este tipo suele tener que comprarse aparte (aunque algunas placas de altas prestaciones integran este interfaz) y a pesar de su precio presenta muchas ventajas.

Se pueden conectar a una controladora SCSI hasta 7 dispositivos (o 15 si es WIDE SCSI)de tipo SCSI (ninguno IDE), pero no solo discos duros, CD-ROMS y unidades de BACKUP, sino también grabadoras de CD-ROM (las hay también con interfaz IDE), escáneres, muchas de las unidades de BACKUP, etc.

Otra ventaja muy importante es que la controladora SCSI puede acceder a varios dispositivos simultáneamente, sin esperar a que cada uno acabe su transferencia, como en el caso del interfaz IDE, aumentando en general la velocidad de todos los procesos.

Las tasas de transferencia del interfaz SCSI vienen determinados por su tipo (SCSI-1, Fast SCSI o SCSI-2, ULTRA SCSI, ULTRA WIDE SCSI), oscilando entre 5MB/s hasta 80MB/s. Si el equipo va a funcionar como servidor, como servidor de base de datos o como estación gráfica, por cuestiones de velocidad, el interfaz SCSI es el más recomendable.

Recomendaciones para adquirir un disco duro

• PARA UN USUARIO NORMAL

* 4,5GB mínimo * 5400RPM * 10ms de tiempo de acceso * Buffer de 128KB * Modo Ultra DMA-33

• PARA UN USUARIO DE ALTAS PRESTACIONES

* 6,5GB mínimo * 7200RPM * 8ms de tiempo de acceso * Buffer de 512KB * Modo Ultra DMA-33 o SCSI

• PARA UN SERVIDOR O UNA ESTACÍON GRAFICA

* 6,5GB mínimo * 7200RPM * 8ms de tiempo de acceso * Buffer de 1MB * Modo ULTRA-SCSI o ULTRA-WIDE SCSI

 Como mantener un disco duro en buen estado

Existen varias cosas que usted puede realizar para prevenir que la computadora le devuelve mensajes de error molestos. A continuación encontrará una lista de programas diferentes disponibles para asegurarse de que la unidad de disco duro se mantenga saludable y funcionando a plena capacidad. (Están disponibles estos programas de ejemplo a través de Windows 95. Usted puede comprar otros programas para realizar las mismas tareas; simplemente hay que hablar con un distribuidor local de software para la computadora.)

Utilidad de Desfragmentación de Disco

Al transcurrir el tiempo, es posible que los archivos se vuelvan fragmentados porque se almacenan en posiciones diferentes en el disco. Los archivos estarán completos cuando los abra, pero la computadora lleva más tiempo al leer y escribir en el disco. Están disponibles programas de desfragmentación que corrigen esto. Para obtener acceso al programa de desfragmentación de disco bajo Windows 95, haga clic en Inicio. Ilumine Programas, Accesorios, luego en Herramientas de Sistema. Haga clic en Utilidad de Desfragmentación de Disco.

Compresión de Datos

Usted puede obtener espacio libre en la unidad de disco duro o en disquetes al comprimir los datos que están almacenados en éstos. En Windows 95, haga clic en Inicio. Ilumine Programas, Accesorios, luego en Herramientas de Sistema. Haga clic en DriveSpace.

Detección de Daños

Si experimenta problemas con los archivos, tal vez quiera averiguar si existen daños en el disco. ScanDisk de Windows 95 verifica los archivos y las carpetas para encontrar errores de datos y también puede verificar la superficie física del disco. Para ejecutar ScanDisk, haga clic en Inicio. Ilumine Programas, Accesorios, luego en Herramientas de Sistema. Haga clic en ScanDisk. Además, es posible que la unidad de disco duro puede estar 'infectada' con un virus si ha transferido los archivos o datos de otra computadora. Existen varios programas de detección y limpieza de virus que están disponibles para usted. Simplemente hay que pedirlos del distribuidor local de software para computadoras.

Respaldos

Si la unidad de disco duro se descompone o si los archivos se dañan o se sobreescriben accidentalmente, es una buena idea contar con una copia de respaldo de los datos de la unidad de disco duro. Están disponibles varios programas de respaldo de uso con cintas, disquetes y aun con los medios desmontables. A menudo, la computadora tendrá una utilidad de respaldo ya instalada.

Marcas conocidas

A continuación se proporcionan las compañías fabricantes de discos duros mas importantes:

• Seagate Technology
• Maxtor
• Western Digital
• Quantum

Aspectos particulares de discos rígidos y unidades de disco rígido

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. 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, 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

¿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.

¿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.

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 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.

¿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. 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, 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. 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, 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, 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:

• 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, 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.

¿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.

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

Según se expuso antes, 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.

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. 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 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.

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 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 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.

Discos de cabezas fijas

Son discos que tienen una cabeza individual de lectura/escritura para cada pista, con ello se consigue un tiempo de acceso relativamente bajo, ya que este tiempo viene fijado únicamente por la velocidad de giro del disco. Existen unidades con un sólo plato o con varios platos

Paquetes de discos

Son unidades compuestas por varios platos que giran solidariamente alrededor de un eje común. Las cabezas le lectura/escritura son móviles, existiendo una por superficie. Estas se desplazan simultáneamente a gran velocidad radialmente buscando la pista en que se encuentra el sector que se debe escribir o leer. Todas las cabezas se mueven al unísono, y cada cabeza lee/graba en el sector correspondiente a su superficie, trasfiriéndose la información en paralelo.

En un instante dado, por tanto, se leen/graban las mismas pistas de las distintas superficies. Cada grupo de estas pistas se denomina cilindro de pistas, existiendo tantos cilindros como pistas.

Usualmente las superficies externas no se utilizan para grabar, así una unidad con 6 platos puede utilizar sólo 10 superficies. Existen unidades de paquetes de discos en que éstos son intercambiables.

Discos-cartuchos

Consiste en único plato con dos superficies de grabación. Usualmente estas unidades son duales, es decir, contienen dos subsistemas, uno de ellos con un plato fijo (donde se graba, por ejemplo, el Sistema Operativo del ordenador) y el otro con un plato intercambiable.

Para desmontar el disco intercambiable es necesario esperar a que las cabezas se retraigan y el disco se pare.

Disco duro

Disco duro, en los ordenadores o computadoras, unidad de almacenamiento permanente de gran capacidad. Está formado por varios discos apilados —dos o más—, normalmente de aluminio o vidrio, recubiertos de un material ferromagnético. Como en los disquetes, una cabeza de lectura/escritura permite grabar la información, modificando las propiedades magnéticas del material de la superficie, y leerla posteriormente (La tecnología magnética, consiste en la aplicación de campos magnéticos a ciertos materiales cuyas partículas reaccionan a esa influencia, generalmente orientándose en unas determinadas posiciones que conservan tras dejar de aplicarse el campo magnético. Esas posiciones representan los datos, bien sean una canción, bien los bits que forman una imagen o un documento importante.); esta operación se puede hacer un gran número de veces.

La mayor parte de los discos duros son fijos, es decir, están alojados en el ordenador de forma permanente. Existen también discos duros removibles, como los discos Jaz de Iomega, que se utilizan generalmente para hacer backup —copias de seguridad de los discos duros— o para transferir grandes cantidades de información de un ordenador a otro.

El primer disco duro se instaló en un ordenador personal en 1979; era un Seagate con una capacidad de almacenamiento de 5 MB. Hoy día, la capacidad de almacenamiento de un disco duro puede superar los 50 MB. A la vez que aumentaba la capacidad de almacenamiento, los discos duros reducían su tamaño; así se pasó de las 12 pulgadas de diámetro de los primeros, a las 3,5 pulgadas de los discos duros de los ordenadores portátiles o las 2,5 pulgadas de los discos de los notebooks (ordenadores de mano).

Modernamente, sólo se usan en el mundo del PC dos tipos de disco duro: el IDE y el SCSI (leído "escasi"). La diferencia entre estos Discos duros radica en la manera de conectarlos a la MainBoard.

IDE

Los discos IDE son los más habituales; ofrecen un rendimiento razonablemente elevado a un precio económico y son más o menos fáciles de instalar. Sin embargo, se ven limitados a un número máximo de 4 dispositivos (y esto con las controladoras EIDE, las IDE originales sólo pueden manejar 2).

Su conexión se realiza mediante un cable plano con conectores con 40 pines colocados en dos hileras (aparte del cable de alimentación, que es común para todos los tipos de disco duro). Así pues, para identificar correctamente un disco IDE basta con observar la presencia de este conector, aunque para estar seguros al 100% deberemos buscar unos microinterruptores ("jumpers") que, en número de 2 a 4, permiten elegir el orden de los dispositivos (es decir, si se comportan como "Maestro" o como "Esclavo").

SCSI

Esta tecnología es mucho menos utilizada, pero no por ser mala, sino por ser relativamente cara. Estos discos suelen ser más rápidos a la hora de transmitir datos, a la vez que usan menos al procesador para hacerlo, lo que se traduce en un aumento de prestaciones. Es típica y casi exclusiva de ordenadores caros, servidores de red y muchos Apple Macintosh.

Los conectores SCSI son múltiples, como lo son las variantes de la norma: SCSI-1, SCSI-2, Wide SCSI, Ultra SCSI… Pueden ser planos de 50 contactos en 2 hileras, o de 68 contactos, o no planos con conector de 36 contactos, con mini-conector de 50 contactos…

Una pista para identificarlos puede ser que, en una cadena de dispositivos SCSI (hasta 7 ó 15 dispositivos que van intercalados a lo largo de un cable o cables, como las bombillas de un árbol de Navidad), cada aparato tiene un número que lo identifica, que en general se puede seleccionar. Para ello habrá una hilera de jumpers, o bien una rueda giratoria, que es lo que deberemos buscar.

MFM, ESDI

Muy similares, especialmente por el hecho de que están descatalogados. Su velocidad resulta insufrible, más parecida a la de un disquete que a la de un disco duro moderno. Se trata de cacharros pesados, de formato casi siempre 5,25 pulgadas, con capacidades de 10, 20, 40 o hasta 80 megas máximo.

4. Diskettes

Introducción

Los disquetes son pequeños discos cuyos platos son flexibles, ya que están constituidos por un material de plástico y son intercambiables.

Hasta hace poco tiempo los disquetes más utilizados eran los de 133 mm, también denominados minidisquetes y actualmente los más empleados son los de 90 mm, también denominados microdisquetes.

La superficie se encuentra protegida por una funda recubierta internamente de un material que facilita el deslizamiento rotacional del plato. En la funda hay una abertura radial que abarca a todas las pistas; a través de esta ventana las cabezas de la unidad de disquetes acceden a la información.

También en el sobre y en el plato hay otro orificio que sirve para que la unidad por medios ópticos tenga una referencia de alineamiento para localizar pistas y sectores.

El centro está abierto con objeto de que el disquete ajuste en el eje de rotación de la unidad de lectura/grabación. En la parte superior del lateral derecho hay una muesca cuadrada, ésta indica que el disquete está preparado para poder grabar en él información, por no estar protegido contra escrituras. Las cabezas actúan en contacto con la superficie del disquete.

La grabación, dependiendo del tipo de unidad, puede efectuarse en una única superficie, es decir, en una sola de las caras, o en doble cara.

También la grabación se puede efectuar en densidad normal (o simple densidad) o doble densidad.

Los disquetes constituyen un elemento excelente para actuar como memoria masiva auxiliar de microordenador personales. Esto se debe a su relativo bajo precio, a ser un dispositivo de acceso directo y a su gran velocidad.

Disquete o Disco flexible, en ordenadores o computadoras, un elemento plano de molar recubierto con óxido de hierro que contiene partículas minúsculas capaces de mantener un campo magnético, y encapsulado en una carcasa o funda protectora de plástico. La información se almacena en el disquete mediante la cabeza de lectura y escritura de la unidad de disco, que altera la orientación magnética de las partículas. La orientación en una dirección representa el valor binario 1, y la orientación en otra el valor binario 0.

Dependiendo de su capacidad, un disco de este tipo puede contener desde algunos cientos de miles de bytes de información hasta un millón. Un disco de 3½ pulgadas encerrado en plástico rígido se denomina normalmente disquete pero puede llamarse también disco flexible.

Manejo y Cuidado de los Disquetes

Se debe tener cuidado con los disquetes porque los pequeños rasguños, polvo o partículas pueden hacer inusuales la información.

• No tocar la superficie gravable.
• Mantener alejado el disquete de campos de fuentes magnéticas, como por ejemplo calculadoras, teléfonos, etc.

Estructura del Disco Flexible

El soporte magnético de un disco flexible está constituido por material magnético depositado sobre un soporte circular de plástico llamado "Mylar", el cual es flexible y de alta calidad. El material magnético puede cubrir una o las dos caras del soporte.

Organización de un Disquete

Se puede establecer cierto paralelismo entre el disquete y el disco de música, este ultimo almacena la música grabada en el surco espiral de la superficie de plástico; el disco flexible almacena los datos en forma .de señales magnéticas en la superficie.

¿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. Está contenido en un sobre que sirve para protegerlo del polvo, rayaduras, huellas digitales y golpes.

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" 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, 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.

¿Cómo es una pista y un sector de disquete? La unidad funcional de copia o lectura son los sectores. Así cada vez que se copia de un disco a otro una determinada información, esta se copiara sector a sector. Entre sector y sector existen unas separaciones llamadas GAPS que facilitan el movimiento de la cabeza de lectura escritura. El campo de datos es de 512 bytes, y es de donde se lee o escribe datos o información.

¿Cómo se localiza un sector de disco/disquete y por que se dice que es direccionable? Durante una operación de entrada/salida, el controlador de la unidad de disco o de la disquetera debe recibir tres números: el del cilindro que contiene la pista donde esta ese sector, el de la cabeza (head) que accede a esa pista, y el numero de sector dentro de la pista. Dichos números en ingles conforman un CHS.

En cada unidad existe una cabeza de lectura/escritura para cada cara de un disco. El controlador ordenara activar para escritura/lectura solo la cabeza de la cara indicada, y dará la orden de posicionarla sobre el cilindro seleccionado. Al comienzo de cada sector de un disco están escritos dichos tres números de CHS, formando un numero compuesto, que es su "dirección", necesario para localizarlo, direccionarlo o como quiera decirse. Por esto se dice que un disco/disquete es de acceso direccionable.

¿ Que son los tiempos de posicionamiento, latencia y acceso en un disco o disquete? Para acceder a un sector que esta 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 directamente sobre el cilindro seleccionado, o sea sobre la pista del cilindro correspondiente a esa cara. 2.Una vez que la cabeza se posiciono sobre dicha pista, los sectores de esta desfilaran debajo de esa cabeza. Cada uno es leído hasta encontrar aquel cuyo numero coincida con el enviado a la controladora, en cuyo caso su campo de datos será escrito o leído. Este se denomina tiempo de latencia.

Como funciona una unidad de disco de 3’5 pulgadas

1. Cuando inserta un disco de 3’5 pulgadas en la unidad, este presiona contra un sistema de palancas. Una palanca abre la protección metálica para exponer la galleta, el disco cubierto a cada lado por un material magnético que permite registrar información.
3. Otro movimiento de palancas y engranajes mueven dos cabezas de lectura / escritura hasta que casi tocan el disco por ambos lados. Las cabezas, que son electroimanes minúsculos utilizan impulsos magnéticos para cambiar la orientación de las partículas metálicas incorporadas en el revestimiento del disco.
4. La tarjeta de circuito impreso de la unidad de disco recibe señales de la placa controladora incluyendo instrucciones e información para escribir en el disco. La tarjeta de circuito impreso traduce las intrusiones en señales que controlan el movimiento del disco y de las cabezas de lectura y escritura
5. Si las señales incluyen instrucciones para escribir la información en el disco, la tarjeta de circuito impreso chequea primero para que no es visible ninguna luz a través de una pequeña ventana de protección en una esquina del alojamiento del disco. Si la ventana esta abierta y el rayo de un diodo emisor de luz puede ser detectado por un fotodiodo, la unidad sabe que el disco esta protegido contra escritura y rehúsa registrar nueva información.
6. Un motor localizado debajo del disco gira un eje que ajusta una muesca en el conector del disco, causando el giro de este
7. Un motor mueve un segundo eje que tiene un corte longitudinal en forma de espiral. Un brazo añadido a las cabezas de lectura / escritura queda dentro queda dentro del eje longitudinal en espiral. Cuando el eje vuelve, el brazo se muevo hacia atrás y hacia delante, según la ubicación de las cabezas de lectura / escritura sobre el disco.
8. Cuando las cabezas están en la posición correcta, los mismos impulsos eléctricos crean un campo magnético en una de las cabezas para escribir la información ya sea en la superficie inferior o superior del disco. Cuando las cabezas están leyendo información, reaccionan ante campos magnéticos generados por las partículas metálicas en el disco.

¿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 cuando el disquete está girando, y a las corrientes eléctricas que circulan en la cabeza que está escribiendo o leyendo, 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. Para tales acciones la disquetera presenta en esencia:

• Mecanismos de sujeción 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. 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 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 conexión citado.

La interfaz intercambia datos en seria y señales con la electrónica de la unidad de disquete. En una escritura desde memoria y pasando en paralelo a través del bus de datos, llegaran por ADM al port de datos de la interfaz, cada uno de los bytes a escribir. Y en una lectura por dicho port pasaran cada uno de los bytes de datos del sector leído, con un rumbo a la memoria principal, vía el bus. A la controladora le llegan comandos que ordenan escribir o leer un sector, del cual se inician sus números de CHS.

Después de recibir estos comandos, la interfaz realiza las siguientes acciones de control:

• Traduce dichos comandos en señales destinadas a la electrónica de la disquetera. Primero para activar el motor de giro del disquete, y para que el eje del motor "paso a paso" gire n sucesión de ángulos iguales, en correspondencia con los cuales el cabezal pasa de un cilindro a otro, hasta posicionarse en el cilindro ordenado
• Indican a la electrónica de la disquetera el numero de sector buscado. Mientras gira el disquete, una de las dos pistas del cilindro accedido será leída por la cabeza indicada por el comando, hasta localizar el sector buscado. Para la cual, dicha cabeza lee los números identificatorios (CHS) de cada sector que encuentra en la pista que accedió, los cuales son transmitidos a la controladora.

Diseño de los disquetes de 5 ¼

Están compuestos por una lamina de poliéster (plástico flexible) de forma circular, recubierta por una película de material magnetizable.

La lamina de poliéster impregnada en la película magnética, esta cubierta con una funda flexible, normalmente cloruro de vinilo, en cuyo interior se encuentra un forro especial que sirve para proteger el disco del polvo y en cierta medida del calor y la humedad.

Hay una especie de ranuras él la conformación del disquete:

*Una ventana central en donde la unidad atrapa al disquete

*Un agujero de lectura-escritura, normalmente ovalado donde la cabeza lectora se instala.

*Cerca de la abertura central se encuentra el orificio índice que permite detectar a la unidad de disco el inicio del índice del disquete.

*Dos muescas de descarga junto a la abertura de lectura-escritura para asegurar que la funda no se deforme.

*Una ranura de protección de escritura, depende si se tapa la ranura no se puede escribir y si no se puede reescribir.

Grabación de datos:

En los disquetes los datos se graban en series de círculos concéntricos a los que denominamos "pistas", por lo tanto la superficie de un disco queda subdivididas en pistas. Las pistas a su vez se dividen en sectores. El numero de sectores que exista en un disquete dependen del tipo de disco y su formateo, todos los disquetes tienen dos caras, en las que se puede leer y escribir. Como en ambas existen pistas al conjunto de pistas se lo denomina "cilindro".

Cuando mezclamos todos estos conceptos, cara, pistas, tamaño del sector, obtenemos lo que se denomina "capacidad de almacenamiento" que es la multiplicación de todos estos términos:

Capac. Almac.= Nro. pistas x Nro. de sectores x Nro. de caras x Nro. de bytes/sector

Disquetes 3 ½

Tiene prácticamente el mismo mecanismo que el de 5 ¼ , pero es diferentes en tamaño (físico y en Kbytes) la funda es de plástico rígido con una pestaña corrediza en un borde que al entrar a la unidad de disco esta se corre automáticamente.

Almacenamiento en disquetes

El método de grabación magnética es el mismo que emplean todas las variedades de cinta magnética: casetes de música, de vídeo, etc..

La base de esta clase de grabación es la propiedad de magnetización que tienen algunos materiales, tales como el hierro.

La superficie de los discos que contienen una superficie delgada de material magnético, se trata como si fuera una matriz de posiciones de puntos, cada uno de los cuales es un bit que se activa al equivalente magnético de 0 y 1 (magnetizado o desmagnetizado, respectivamente). Como las posiciones de estos puntos no están predeterminadas, necesitan unas marcas que ayuden a la unidad de grabación a encontrar y comprobar dichas posiciones.

Otro concepto importante en los discos magnéticos es el procedimiento de acceso a su información que debe ser lo suficientemente rápido, si escuchamos un casete de música podríamos decir que el acceso es lineal por que no podemos llegar rápidamente al final de la cinta en los discos flexibles es totalmente diferente ya que existen dos movimiento que facilitan el acceso rápido, el primero de ellos es el de rotación en el que se emplea muy poco tiempo, con una velocidad aproximada de 300 r.p.m. en un disquete. El otro es el desplazamiento tangencial para ir a la posición deseada, por esto se denomina de "almacenamiento aleatorio" por que se puede ir a cualquier parte del disco sin tener que recorrer todo el trayecto.

¿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 . O sea con una cabeza 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. 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.

5. Zip

Las unidades ZIP, fabricadas por la empresa IOmega, presentan una buena solución a la hora de guardar información a bajo costo. La unidad ZIP es una unidad que puede instalarse tanto en forma interna como externa, siendo esta última de mayor costo pero presentando el beneficio de poder ser transportada de una PC a otra sin problemas ya que se conectan a través del puerto paralelo, como también a través de una placa SCSI u del puerto USB.

La información es guardada en discos similares a las disquetes de 3 ½", cuya capacidad  es de 100 MB, pudiendo duplicarse la misma a través de la utilización de software de compresión de discos como DRVSPACE de D.O.S. La velocidad de transferencia es superior a la un disquete pero inferior a la de un disco rígido. 

Recientemente ha aparecido una nueva unidad ZIP que permite el almacenamiento de 250 MB de información en un solo disco.

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.

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.

Pros: portabilidad, reducido formato, precio global, muy extendido

Contras: capacidad reducida, incompatible con disquetes de 3,5"

Las unidades Zip se caracterizan externamente por ser de un color azul oscuro, al igual que los disquetes habituales (los hay de todos los colores). Estos discos son dispositivos magnéticos un poco mayores que los clásicos disquetes de 3,5 pulgadas, aunque mucho más robustos y fiables, con una capacidad sin compresión de 100 MB una vez formateados.

Su capacidad los hace inapropiados para hacer copias de seguridad del disco duro completo, aunque perfectos para archivar todos los archivos referentes a un mismo tema o proyecto en un único disco. Su velocidad de transferencia de datos no resulta comparable a la de un disco duro actual, aunque son decenas de veces más rápidos que una disquetera tradicional (alrededor de 1 MB/s).

Existen en diversos formatos, tanto internos como externos. Los internos pueden tener interfaz IDE, como la de un disco duro o CD-ROM, o bien SCSI; ambas son bastante rápidas, la SCSI un poco más, aunque su precio es también superior.

Las versiones externas aparecen con interfaz SCSI (con un rendimiento idéntico a la versión interna) o bien conectable al puerto paralelo, sin tener que prescindir de la impresora conectada a éste. El modelo para puerto paralelo pone el acento en la portabilidad absoluta entre ordenadores (Sólo se necesita que tengan el puerto Lpt1) aunque su velocidad es la más reducida de las tres versiones. Muy resistente, puede ser el acompañante ideal de un portátil.

Ha tenido gran aceptación, siendo el estándar en su segmento, pese a no poder prescindir de la disquetera de 3,5" con la que no son en absoluto compatibles, aunque sus ventajas puede que suplan este inconveniente. El precio de la versión interna ronda los $262.500 (más IVA) y los Discos alrededor de $35.000 (más IVA).

Muchas de las primeras unidades Zip sufrían el denominado "mal del click", que consistía en un defecto en la unidad lectora-grabadora que, tras hacer unos ruiditos o "clicks", destrozaba el disco introducido; afortunadamente, este defecto está corregido en las unidades actuales. En todo caso, los discos son bastante resistentes, pero evidentemente no llegan a durar lo que un CD-ROM.

Cómo utilizar la unidad Zip

La unidad Zip constituye un sistema de almacenamiento magnético para todos los archivos importantes; es versátil, segura, portátil, compatible, rentable y fácil de conectar.

Copias de seguridad con la unidad Zip

• Con el software Iomega Automatic Backup de Iomega y la unidad Zip, tiene la posibilidad de realizar copias de seguridad de archivos importantes de forma automática. Iomega Automatic Backup le permite abrir o modificar archivos de copia de seguridad directamente desde la unidad Iomega, no es necesario realizar restauraciones complicadas desde archivos comprimidos.
• La unidad Zip y la función de copia de seguridad de Iomega le permiten realizar copias de seguridad de toda la unidad de disco duro por si se produce un fallo importante del sistema.
• También puede simplemente arrastrar y soltar los archivos en la unidad Zip.

Restauración de una copia de seguridad

Para restaurar los archivos de los que ha realizado copia de seguridad en la unidad Zip, necesita saber cuál fue el software de Iomega que se utilizó para realizar las copias de seguridad de los archivos. Función de copia de seguridad de Iomega

• Copia de seguridad de un solo paso
• Iomega Automatic Backup

Transporte de archivos en discos Zip

Las unidades y discos Zip de Iomega le permiten transportar su trabajo. Una forma muy común de transferir los datos desde la unidad de disco duro hasta la unidad Zip es arrastrando y soltando los archivos. La mayoría de los programas de software disponen de la opción Guardar como que le permite elegir una ubicación y un nombre para el archivo que desea guardar.

Utilización de los discos Zip para almacenar archivos importantes

Puede utilizar la unidad y los discos Zip como sistema de almacenamiento adicional para el ordenador, de igual modo que si tuviera una segunda unidad de disco duro. Puede seguir adquiriendo discos Zip de Iomega a medida que vaya necesitando espacio para evitar que la unidad de disco duro se sature. A continuación, se muestran algunos métodos para utilizar los discos Zip como sistemas de almacenamiento adicional.

• Almacene los archivos personales que utilice todos los días en un disco Zip para localizarlos fácilmente.
• Proporcione a cada persona que utilice su ordenador un disco Zip para que almacenen sus propios archivos.
• Ordene los archivos por categoría en discos Zip distintos (por ejemplo, fotografías, descargas, música, etc.).

Archivado en discos Zip

El archivado es un método de almacenamiento que se utiliza para eliminar archivos que no se utilizan, pero que siguen siendo necesarios, de la unidad de disco duro. Entre estos archivos podríamos incluir:

• Información fiscal de años anteriores
• Información bancaria de años anteriores
• Mensajes importantes de correo electrónico
• Proyectos escolares del semestre anterior
• Documentos de investigación

Utilización de la unidad Zip como ayuda para actualizar el ordenador

La unidad Zip facilita el guardado de archivos en discos Zip antes de actualizar el ordenador y, a continuación, la restauración de dichos archivos cuando ha finalizado la actualización. Iomega ofrece actualmente una herramienta de migración a Windows XP que le ayuda a la hora de actualizar el ordenador con Windows XP. Inserción de discos Zip

Cuando introduce un disco Zip, la luz verde de actividad de la unidad Zip parpadea durante unos momentos y después se apaga. (Si la luz sigue parpadeando lentamente, pulse el botón de expulsión para extraer el disco Zip e insértelo de nuevo.)

Compatibilidad con discos Zip de 250 MB y de 100 MB

La unidad Zip de 750 MB ofrece compatibilidad con versiones anteriores, lo cual le permite realizar operaciones de lectura y escritura en discos Zip de 750 MB y de 250 MB, así como de sólo lectura de discos Zip de 100 MB. El rendimiento al escribir en discos de 250 MB se ve reducido de forma significativa, debido a la capacidad superior de la unidad Zip de 750 MB. Para maximizar el rendimiento de la unidad Zip de 750 MB, debe utilizar discos Zip de 750 MB.

A continuación, se enumeran algunos de los aspectos a tener en cuenta al utilizar discos y unidades Zip de 750 MB, 250 MB y 100 MB.

1. Si la unidad Zip parece bloquearse al escribir en un disco Zip de 750 MB o 250 MB, asegúrese de que la unidad funciona correctamente comprobando que la luz verde de actividad está parpadeando. (Si el parpadeo es lento y regular, indica que se ha producido un problema con la unidad. Si ocurre esto, pulse el botón de expulsión para extraer el disco e insértelo de nuevo.)
2. Puede utilizar la opción Formato corto si necesita formatear un disco Zip de 750 MB o de 250 MB en la unidad Zip de 750 MB; o la opción Formato largo para discos Zip de 750 MB. La unidad Zip de 750 MB no admite el Formato corto para discos Zip de 100 MB ni el Formato largo para discos Zip de 100 MB o de 250 MB.
3. Los discos Zip de 750 MB no se pueden utilizar con unidades Zip de 250 MB o de 100 MB; las unidades Zip de 250 MB o de 100 MB expulsan de forma automática los discos de 750 MB.
4. Puede leer y copiar archivos desde un disco Zip de 100 MB, pero no puede escribir en el disco con una unidad Zip de 750 MB.

Sin el software IomegaWare instalado

La realización de cualquier función aparte de la lectura de un disco Zip de 100 MB provocará que el sistema operativo muestre un cuadro de diálogo de advertencia en el que se indica que la operación no ha se ha realizado correctamente.

Con el software IomegaWare instalado

Al insertar un disco Zip de 100 MB en la unidad Zip de 750 MB, recibirá un mensaje de advertencia en el que se indica que no puede escribir en el disco. El cuadro de diálogo de advertencia tiene una casilla de verificación "No volver a recordar" que puede activarse; en caso contrario, el mensaje de advertencia aparecerá cada vez que inserte un disco Zip de 100 MB. Si intenta copiar, mover, cambiar el nombre o eliminar algún elemento del disco Zip de 100 MB, se mostrará un mensaje de advertencia que le indica que la operación no se ha realizado correctamente.

Si trata de crear un acceso directo, un archivo o una carpeta, cambiar la información del volumen o los atributos de un disco Zip de 100 MB, aparecerá un cuadro de diálogo de error del sistema operativo en el que se indica que el disco está protegido contra escritura. Esta protección contra escritura no se puede eliminar.

Desconexión de la unidad Zip de 750 MB

Al apagar el sistema, puede desconectar la alimentación de la unidad Zip. La unidad no sufrirá daños si la alimentación permanece activada. Una forma sencilla de apagar la unidad Zip es desconectando la fuente de alimentación.

Si desconecta la alimentación de la unidad, pero deja la fuente de alimentación enchufada, el consumo de energía es inferior a 2 vatios (menos de la mitad de la energía necesaria para una bombilla). La forma más sencilla de desconectar la alimentación completamente es conectar la fuente de alimentación en la misma regleta que el ordenador y, a continuación, utilizar el interruptor de la regleta para desconectar la alimentación del ordenador y de la unidad Zip. Antes de desconectar la unidad Zip, extraiga los discos de la misma.

6. Discos magneto ópticos

Estos discos aparecieron en el mercado en el año 1996, llamados MO(magneto- ópticos)con la posibilidad de escribir y borrar en ellos tantas veces como sea necesario, debido a que apareció la necesidad de poder actualizar el software sin la necesidad de tirar los discos.

Estos discos están formados por una fina capa de material magnetisable y reflectante, protegida entre 2 capas de material de plástico transparente. El material magnetizable tiene la función de almacenar la información en pistas concéntricas, a diferencia de los ópticos que se graban en espiral. Por esto, estos discos se leen y graban a una velocidad angular constante, similar a los discos magnéticos. Esto significa que siempre que se lee la misma cantidad de sectores por segundo, y de esta manera la cantidad de bits leídos por segundo siempre es la misma.

Estos discos reúnen las características principales de dos tipos de almacenamiento, óptico y magnético.

Cada disquete óptico consta de dos capas:

La primera esta formada con partículas magnéticas, que antes de su primera utilización tienen una magnetización uniforme que representa un cero lógico en todos los bits de posición.

La segunda capa es de aluminio reflectante, y se utiliza para reflejar los rayos láser.

Los materiales magnéticos de la primera capa poseen varias propiedades curiosas: una de ellas es el efecto Curie-Weisse, que consiste en la perdida de su organización magnética a determinadas temperaturas. Otra es la polarización de la luz que cambia

al pasar por un campo magnético estas propiedades son aprovechables en los discos ópticos-magnéticos.

La escritura tiene dos fases:

1. Consiste en calentar un sector (512 bytes normalmente) del disco por medio de un láser de alta densidad que se enfría bajo la influencia de un campo magnético. A medida que va bajando la temperatura también lo hace la influencia del campo magnético, y los datos se van fijando sobre el disco. Alternando el magnetismo y los sectores a calentar por el láser escribimos todos los bytes en nuestro disco.
2. Para leer los datos se utiliza un rayo láser de baja intensidad, que detecta la polaridad de las partículas del disco, traduciéndose los cambios de esta en pulsos eléctricos.

Para reescribir en una zona ya utilizada hay que efectuar un borrado y realiza el mismo procedimiento ya descripto.

La capacidad de estos discos es de 200 y 500 Mbytes.

Método de escritura La escritura termo magnético involucra el uso de un haz de láser que modifica la temperatura de Curie de la película magnética. La temperatura de Curie de un material magnético es la temperatura a la cual el material pierde su campo magnético coercitivo. Esto sucede entre los 150 y 200 ºC para la mayoría de las películas magnéticas usadas. Cuando esto ocurre, el material pierde toda memoria de su magnetización anterior y puede adquirir una nueva magnetización si se lo enfría en presencia de un campo magnético externo.

La grabación se realiza invirtiendo un dominio magnético para indicar un uno y dejándolo igual para marcar un cero. Para poder hacer esto, se necesita inicializar todos los dominios en cero. Esto significa que para grabar datos, es necesaria una pasada de borrado que debe ser realizada antes de la escritura para inicializar los dominios.

Lectura Para leer los datos almacenados en un disco magneto óptico se debe interpretar el cambio en la reflexión de la luz reflejada en un haz reflejado. Este fenómeno físico en el cual se basa la tecnología de los discos magneto óptico regrabables, es conocido como el efecto Kerr. Este se manifiesta en un cambio en el estado de la polarización de la luz mediante la interacción con un medio magnetizado.

También existe otro método de lectura que esta basado en el efecto Faraday, que en algunos aspectos es similar al de Kerr.

Tecnología de cambio de fase: Esta tecnología, que es la utilizada por los CD ópticos re-escribibles llamados CD-E (CD-Erasable), hoy designados CD-RW (CD ReWritable), se basa en la propiedad que posee una capa de material como el teluro (mezclado con germanio o antimonio), de cambiar del estado amorfo (0) al cristalino (1) si se alcanza la "temperatura transición" (100 ºC ó más); y de volver de cristalino a amorfo, si se alcanza la "temperatura de fusión" y se deja enfriar. Para escribir un uno en un punto de una pista del disco, un láser con baja potencia lo calienta rápidamente hasta la temperatura de transición. Si el estado físico del punto era amorfo, pasa a cristalino; y si ya está en este estado, quedará igual. Un cero se escribe calentando el punto hasta la temperatura de fusión, usando el láser con alta potencia. Al enfriarse pasa al estado amorfo, y si estaba en ese estado volverá al mismo.

La lectura de las pistas así grabadas se realiza con el mismo cabezal, recorriéndoles con el láser de Potencia diez veces menor. La luz láser reflejada al ser sensada permite detectar, por diferencias de reflectividad, los cambios de un estado físico al otro, a lo largo de la pista. Un punto en estado cristalino refleja el 70% de la luz incidente, y en estado amorfo el 18%. Se debe aclarar que esta tecnología es puramente óptica, sin magnetismo, requiriéndose una sola pasada para escribir, a diferencia de la MO, que necesita borrar (escribir todos ceros) y luego escribir los unos.

7. Jaz

Jaz (Iomega) – 1 GB ó 2 GB

Pros: capacidad muy elevada, velocidad, portabilidad

Contras: inversión inicial, no tan resistente como un magneto-óptico, cartuchos relativamente caros

Las cifras de velocidad del Jaz son absolutamente alucinantes, casi indistinguibles de las de un disco duro moderno: poco más de 5 MB/s y menos de 15 ms. La razón de esto es fácil de explicar: cada cartucho Jaz es internamente, a casi todos los efectos, un disco duro al que sólo le falta el elemento lector-grabador, que se encuentra en la unidad.

Por ello, atesora las ventajas de los discos duros: gran capacidad a bajo precio y velocidad, junto con sus inconvenientes: información sensible a campos magnéticos, durabilidad limitada en el tiempo, relativa fragilidad. De cualquier forma, y sin llegar a la extrema resistencia de los discos Zip, podemos calificar este soporte de duro y fiable, aunque la información nunca estará tan a salvo como si estuviera guardada en un soporte óptico o magneto-óptico.

Aplicaciones

Almacenamiento masivo de datos que deben guardarse y recuperarse con la mayor velocidad posible, lo cual lo hace ideal para la edición de vídeo digital (casi una hora en formato MPEG); en general, sirve para lo mismo que los discos duros, pero con la ventaja de su portabilidad y fácil almacenaje.

En cuanto a defectos y críticas, aparte de que los datos no duren "para siempre", sólo tiene un inconveniente: el precio. La unidad lectora-grabadora de 1 GB vale una respetable cantidad de dinero.

Las unidades JAZ también son fabricadas por IOmega, aunque son incompatibles con las ZIP ya que el disco que utilizan es diferente al de aquellas. 

Un disco JAZ  almacena 1 GB, con una velocidad de transferencia similar a la de un disco rígido con modo PIO 0, aunque el costo de la unidad y de los discos hacen que el costo por megabyte sea superior.

Las cintas o tape-backup presentan una solución para guardar grandes cantidades de información pero el costo de la unidad grabadora las deja fuera de competencia frente a otras unidades.

8. Discos Ópticos

Orígenes

Los discos ópticos aparecieron a fines de la década de los 80’, siendo utilizado como un medio de almacenamiento de información para la televisión. Su alta capacidad y su fácil transportabilidad, hicieron que este dispositivo se popularice y comience a comercializarse en 1988 y a utilizarse en las computadoras. La primera generación de discos ópticos se invento en Philips, y el desarrollo se realizo con colaboración de Sony. Los discos ópticos utilizan dos tecnologías para el almacenamiento de datos: WORM (Write Once Read Many) y CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory). Los discos magneto ópticos utilizan la tecnología WMRA (Write Many Read Always), que permite leer y escribir tantas veces como sea necesario.

Discos ópticos

Un disco sobre el que se lee y escribe con luz. En esta categoría se incluye los CD-ROMs, que son grabados en el momento de su fabricación y no pueden ser borrados. Los Worms(Write Once Read Many) que son grabados en el entorno del usuario y tampoco pueden ser borrados. Y los borrables, que son aquellos que pueden ser reescritos una y otra vez, para esto se utiliza la tecnología Magneto Óptica(MO) y cambio de fase. Estos temas se explicarán a continuación en detalle.

Tipos de discos compactos

¿Qué son los discos ópticos, qué tipos existen, y cuáles son sus usos?

Los discos ópticos presentan una capa interna protegida, donde se guardan los bits mediante distintas tecnologías, siendo que en todas ellas dichos bits se leen merced a un rayo láser incidente. Este, al ser reflejado, permite detectar variaciones microscópicas de propiedades óptico-reflectivas ocurridas como consecuencia de la grabación realizada en la escritura. Un sistema óptico con lentes encamina el haz luminoso, y lo enfoca como un punto en la capa del disco que almacena los datos.

Las tecnologías de grabación (escritura) a desarrollar son:

• por moldeado durante la fabricación, mediante un molde de níquel (CD-ROM y DVD ROM),
• por la acción de un haz láser (CD-R y CD-RW, también llamado CD-E),
• por la acción de un haz láser en conjunción con un campo magnético (discos magneto-ópticos – MO).

Los discos ópticos tienen las siguientes características, confrontadas con los discos magnéticos:

• Los discos ópticos, además de ser medios removibles con capacidad para almacenar masivamente datos en pequeños espacios -por lo menos diez veces más que un disco rígido de igual tamaño- son portables y seguros en la conservación de los datos (que también permanecen si se corta la energía eléctrica). El hecho de ser portables deviene del hecho de que son removibles de la unidad. Asimismo, tienen bajo costo por byte almacenado. Los CD-ROM se copian (producen) masivamente. La mayor capacidad de los discos ópticos frente a los magnéticos se debe al carácter puntual del haz láser incidente, y a la precisión del enfoque óptico del láser. Ello permite que en una pista los bits estén más juntos (mayor densidad lineal), y que las pistas estén más próximas (más t.p.i).

Los CD son más seguros en la conservación de los datos, dado que la capa que los almacena es inmune a los campos magnéticos caseros, y está protegida de la corrosión ambiental, manoseo, etc., por constituir un "sándwich" entre dos capas transparentes de policarbonato. Por otra parte, la cabeza móvil -que porta la fuente láser y la óptica asociada- por estar separada a 1 mm. de la superficie del disco, nunca puede tocarla. Por ello no produce en ella desgaste por rozamiento, ni existe riesgo de "aterrizaje", como en el disco rígido con cabezas flotantes. Tampoco el haz láser que incide sobre la información puede afectarla, dada su baja potencia.

Son aplicaciones comunes de los discos ópticos: las bases de datos en CD ROM para bibliotecas de datos invariables (enciclopedias, distribución de software, manuales de software, demos, etc.), y para servidores de archivos en una red local, así como el uso de CD-R (grabables por el usuario) para copias de resguardo seguras, y las bibliotecas de imágenes.

Puede estimarse entre 10 y 15 años la permanencia de la información en un CD ROM común, dado que la superficie de aluminio que contiene la información se oxida muy lentamente en ese lapso, salvo que sea sometida a una protección anti-óxido especial, o sea de oro. En un CD-R este tiempo será mucho mayor, por presentar oro la fina capa metálica interior.

En informática se usan los siguientes tipos de discos ópticos, tratados luego en detalle:

• Grabado masivamente por el fabricante, para ser sólo leídos: como lo son el CD ROM (Disco compacto de sólo lectura) y el DVD ROM (Digital Versatil Disc de sólo lectura). En éstos, a partir de un disco "master" grabado con luz láser, se realizan múltiples copias obtenidas por inyección de material (sin usar láser). Se obtienen así discos con una fina capa de aluminio reflectante -entre dos capas transparentes protectoras-. Dicha capa guarda en una cara unos y ceros como surcos discontinuos, que forman una sola pista en espiral. La espiral es leída con luz láser por la unidad de CD del usuario.
• Grabable una sola vez por el usuario: el CD-R (CD Recordable) antes llamado CD-WO (Write once) En la escritura, el haz láser sigue una pista en espiral pre-construida en una capa de pigrnento. Donde el haz incide, su calor decolora para siempre el punto de incidencia. En la lectura, esta capa deja pasar el haz láser hacia la capa reflectora dorada que está más arriba, reflejándose de forma distinta según que el haz haya atravesado un punto decolorado o no, detectándose así unos y ceros. Ambas capas están protegidas por dos capas transparentes. Una vez escrito, un CD-R puede leerse como un CD-ROM.
• Borrables-regrabables: en la tecnología de grabación magneto-óptico (MO), la luz láser calienta puntos (que serán unos) de una capa -previamente magnetizada uniformemente- para que pierdan su magnetismo original (este corresponde a ceros). Al mismo tiempo, un campo magnético aplicado produce sólo en dichos puntos una magnetización contraria a la originaria (para así grabar unos).

Estas diferencias puntuales de magnetización son detectadas en la lectura por la luz láser (con menos potencia), dado que provocan distinta polarización de la luz láser que reflejan. Otro tipo de CD ópticos re-escribibles son los CD-E (CD-Erasable), hoy designados CD-RW (CD ReWritable), con escritura "por cambio de fase" (de cristalina a amorfa o viceversa) de los puntos de la capa del disco que guarda los datos. Se trata de una tecnología puramente óptica, sin magnetismo, que requiere una sola pasada para escribir una porción o la pista en espiral completa. En la tecnología PD (Phase change/Dual) que también es por cambio de fase, la unidad escribe pistas concéntricas. "Dual" indica que la unidad también puede leer CD con pistas en espiral (CD-ROM, CD-R, CD-RW).

Debido a la cantidad de información que manejamos actualmente, los dispositivos de almacenamiento se han vuelto casi tan importantes como el mismísimo computador.

Aunque actualmente existen dispositivos para almacenar que superan las 650 MB de memoria, aún seguimos quejándonos por la falta de capacidad para transportar nuestros documentos y para hacer Backups de nuestra información más importante. Todo esto sucede debido al aumento de software utilitario que nos permite, por dar un pequeño ejemplo, convertir nuestros Cds en archivos de Mp3.

El espacio en nuestro Disco duro ya no es suficiente para guardar tal cantidad de información; por lo que se nos es de urgencia conseguir un medo alternativo de almacenamiento para guardar nuestros Cds en Mp3 o los programas que descargamos de Internet.

La tecnología óptica

la tecnología óptica de almacenamiento por láser es bastante más reciente. Su primera aplicación comercial masiva fue el superexitoso CD de música, que data de comienzos de la década de 1.980. Los fundamentos técnicos que se utilizan son relativamente sencillos de entender: un haz láser va leyendo (o escribiendo) microscópicos agujeros en la superficie de un disco de material plástico, recubiertos a su vez por una capa transparente para su protección del polvo.

Realmente, el método es muy similar al usado en los antiguos discos de vinilo, excepto porque la información está guardada en formato digital (unos y ceros como valles y cumbres en la superficie del CD) en vez de analógico y por usar un láser como lector. El sistema no ha experimentado variaciones importantes hasta la aparición del DVD, que tan sólo ha cambiado la longitud de onda del láser, reducido el tamaño de los agujeros y apretado los surcos para que quepa más información en el mismo espacio.

9. DVD

Disco de vídeo digital, también conocido en la actualidad como disco versátil digital (DVD), un dispositivo de almacenamiento masivo de datos cuyo aspecto es idéntico al de un disco compacto, aunque contiene hasta 25 veces más información y puede transmitirla al ordenador o computadora unas 20 veces más rápido que un CD-ROM. Su mayor capacidad de almacenamiento se debe, entre otras cosas, a que puede utilizar ambas caras del disco y, en algunos casos, hasta dos capas por cada cara, mientras que el CD sólo utiliza una cara y una capa. Las unidades lectoras de DVD permiten leer la mayoría de los CDs, ya que ambos son discos ópticos; no obstante, los lectores de CD no permiten leer DVDs.

En un principio se utilizaban para reproducir películas, de ahí su denominación original de disco de vídeo digital. Hoy, los DVD-Vídeo son sólo un tipo de DVD que almacenan hasta 133 minutos de película por cada cara, con una calidad de vídeo LaserDisc y que soportan sonido digital Dolby surround; son la base de las instalaciones de cine en casa que existen desde 1996. Además de éstos, hay formatos específicos para la computadora que almacenan datos y material interactivo en forma de texto, audio o vídeo, como los DVD-R, unidades en las que se puede grabar la información una vez y leerla muchas, DVD-RW, en los que la información se puede grabar y borrar muchas veces, y los DVD-RAM, también de lectura y escritura.

En 1999 aparecieron los DVD-Audio, que emplean un formato de almacenamiento de sonido digital de segunda generación con el que se pueden recoger zonas del espectro sonoro que eran inaccesibles al CD-Audio.

Todos los discos DVD tienen la misma forma física y el mismo tamaño, pero difieren en el formato de almacenamiento de los datos y, en consecuencia, en su capacidad. Así, los DVD-Vídeo de una cara y una capa almacenan 4,7 GB, y los DVD-ROM de dos caras y dos capas almacenan hasta 17 GB. Del mismo modo, no todos los DVDs se pueden reproducir en cualquier unidad lectora; por ejemplo, un DVD-ROM no se puede leer en un DVD-Vídeo, aunque sí a la inversa.

Por su parte, los lectores de disco compacto, CD, y las unidades de DVD, disponen de un láser, ya que la lectura de la información se hace por procedimientos ópticos. En algunos casos, estas unidades son de sólo lectura y en otros, de lectura y escritura.

¿Qué son los DVD-ROM, leídos con láser azul?

Los DVD-ROM (Digital Versatil Disk) de "simple capa" tienen el mismo tamaño que un CD-ROM de 680 MB, y se basan en la misma tecnología de grabación y lectura que éstos, pero pueden almacenar 4,7 GB de datos (7 veces más), video o audio. Típicamente pueden transferir unos 0,6 NO/seg (como un CDx4) para entretenimientos, y 1,3 MB/seg para computación (como un CDx1O). Esto se ha logrado:

• Disminuyendo a la mitad la longitud de los "pits" en relación a un CD-ROM.
• Llevando al doble que un CD-ROM el número de vueltas por pulgada radial de la espiral.
• Usando un haz láser de color azul, de menor longitud de onda que el rojo, a- fin de poder sensar "pits" de menor longitud.

El DVD estándar que se comercializará en el mercado es fruto del acuerdo entre Phillips – Sony (creadores del "Multimedia CD"- MMCD), y Toshiba (que con otros grupos desarrolló el Super Density – SD). Este DVD puede almacenar 2 hs de video de calidad, con títulos y sonido. Asimismo, los 4,7 GB permiten guardar 135 minutos de films (duración típica de una película de cine) en reemplazo de una cinta de video. Esto es así, dado que con compresión MPEG2 se requiere, para transferir imagen, sonido y títulos, cerca de 0,5 MB/seg. Si efectuamos: 135 min x 60 seg/min x 0,5 MB/seg., resulta un valor cercano a 4,7 GB.

Los DVD-ROM de "doble capa" presentan (figura 2.54) una capa semi-transparente reflectiva con oro (que puede guardar 3,8 GB), la cual se encuentra debajo de la capa reflectora (4,7 GB) metalizada con plata. Sumando ambas capacidades resultan en total 8,5 GB.

Para leer la capa semi-transparente el haz láser es enfocado en ella con baja potencia, mientras que la lectura de la capa reflectiva se realiza enfocando en ésta el haz, ahora con mayor potencia, para que atraviese la capa semi-transparente al incidir, y cuando se refleja.

También se están fabricando DVD-ROM de "simple capa" y "doble cara", para ser leídos en ambas caras, con lo cual se logra 4,7 GB x 2 = 9,4 GB; y DVD-ROM de "doble capa" y "doble cara", de 8,5 x 2 = 17 GB. Estos CD están muy expuestos a las rayaduras, por ser más finas las capas protectoras transparentes.

¿Qué son los DVD-RAM?

Un DVD-RAM es análogo a un CD-RW re-escribible antes descripto, pero tiene mayor capacidad, merced al empleo de un láser de menor longitud de onda que los usados.

Debido a las limitaciones de fabricación masiva de láseres azules de potencia de corta longitud de onda, la capacidad de los DVD-RAM es de 2,6 GB frente a los 4,7 GB de los DVD-ROM.

Potencialmente, los DVD-RAM pueden ser competidores de las cintas magnéticas para "backups" si el costo por byte almacenado lo justifica.

10. CD

CD-ROM Estos discos se basan en la misma tecnología que se utiliza en los CDs de audio, y fue la primera que se desarrollo. Este medio de almacenamiento tiene la desventaja de que no es posible reescribir en ellos, esto lo hace un medio ideal para distribuir software. Estos discos pueden producirse en masa, a muy bajo costo y con una maquinaria totalmente automatizada.

Los CD-ROMs se elaboran utilizando un láser de alto poder para formar agujeros en un disco maestro, luego se hace un molde que se usa para imprimir copias en discos plásticos. Luego se aplica en la superficie una delgada capa de aluminio, seguida de otra de plástico transparente para protección.

Los CD-ROMs se leen mediante un detector que mide la energía reflejada de la superficie al apuntar a esta un láser de bajo poder. Los agujeros, que se denominan huecos (pits), y las áreas sin laserizar entre estos, que se denominan zonas planas (lands), producen una diferente reflectividad del haz de láser, lo que hace posible distinguir entre ambos y recibir dos estados posibles: 0 y 1. Pero no se indica un 0 o un 1 con un land o un pit, sino que un pit indica el cambio de estado, o sea de 0 a 1 o de a 1 a 0, y según la cantidad de lands que haya, el estado se mantiene estable, o sea mientras no se cambie de estado se mantiene una zona de lands. De esta manera, se trata de realizar la mínima cantidad de huecos(pits) posibles en el disco, y así poder escribir más rápidamente.

Puede estimarse entre 10 y 15 años la permanencia de la información en un CD ROM común, dado que la superficie de aluminio que contiene la información se oxida muy lentamente en ese lapso, salvo que sea sometida a una protección anti-óxido especial, o sea de oro

Los CD-Roms están constituidos por una pista en espiral que presenta el mismo número de bits por centímetro en todos sus tramos(densidad lineal constante),para aprovechar mejor el medio de almacenamiento, y no desperdiciar espacio como sucede en los discos magnéticos. Es por esto que en la lectura y grabación de un CD, a medida que el haz láser se aleja del centro del disco, la velocidad debe disminuir, ya que en el centro el espiral es de menos longitud que en los bordes. Alternando las velocidades se logra que la cantidad de bits leídos por segundo sea constante en cualquier tramo, sea en el centro o en los bordes. SI esta velocidad sería constante, se leerían menos bits por segundo si la zona esta más cerca del centro, y más si esta más cerca de los bordes. Todo esto significa que un CD gira a una velocidad angular variable.

Para poder lograr que los CDs tengan igual densidad en cualquier tramo de la espiral, en la grabación , el haz láser emitido por la cabeza( que se mueve en línea recta radial desde el centro al borde del plato) genera la espiral a velocidad lineal constante(CLV), esto significa que la cantidad de bits grabados por segundos será constante.

Pero para poder lograr esto, y mantener una densidad lineal constante y la pista en espiral, será necesario que el CD gire a una velocidad angular variable(explicado anteriormente). Por lo tanto, por girar un CD a una velocidad angular variable, y ser escrito a velocidad linear constante, se escriben y leen la misma cantidad de bits por segundo y por centímetro, cualquiera sea la posición del mismo. Mientras que cada vuelta de la espiral contendrá más o menos bits según si este más cerca del centro o del borde.

Uno de los problemas del CD-ROM es que la impresión de discos de aluminio con cubierta plástica no es muy precisa, por lo cual la información digital contiene, por lo general, muchos errores. Existen dos formas para corregir estos errores:

• La cabeza lectora de la unidad contiene un espejo de precisión manejado por un mecanismo que se utiliza para encontrar errores en la superficie del disco.
• Los datos se graban utilizando un algoritmo denominado ‘código de corrección de errores de Reed Solomon’. Este es similar al algoritmo de Hamming, pero al utilizar mas bits de paridad, puede corregir mayor cantidad de errores.

Un tipo de CD-ROM de 60 min de duración (también son comunes los de 74 min) presenta la espiral constituida por 270000 marcos conteniendo cada uno 2048 bytes (2 K) para datos. En total se pueden almacenar: 527 Mb. La espiral presenta unas 16000 vueltas por pulgada radial(t.p.i). Se debe tener en cuenta que en el espesor de un cabello entran 50 vueltas.

Antes de grabar el disco "maestro",un programa fracciona cada archivo a grabar en marcos de 2048 bytes de datos, y les agrega, conforme a los campos de un marco.:

1. unos y ceros indicadores de comienzo de marco , que sirven para sincronismo con la lectora de CD.
2. una secuencia de bits que irá en la cabecera (header) de cada marco para poder localizarlo.

Para poder localizar un marco dentro del CD , este se identifica por una dirección formada por 3 variables. Teniendo en cuenta el CD de 60 minutos (antes explicado), las primeras dos variables de la dirección son los minutos y los segundos horarios(mm:ss), los cuales obviamente varían desde 0 hasta el 59. El comienzo del espiral, o sea el centro del CD, tiene la dirección 00:00, este va progresando según va creciendo el espiral, hasta llegar a la dirección 59:59. Pero estas direcciones no son suficientes para localizar cada marco, de ahí viene la utilidad de la tercer variable. Esta variable, indica el numero de marco, teniendo en cuenta los minutos y segundos, y sus valores pueden ser desde el 0 hasta el 74. O sea, que por cada segundo , hay 75 marcos. De esta manera hay 60 valores posibles para los minutos y los segundos, y 75 para cada marco, hay 270 000 direcciones posibles, por lo cual existe una dirección para cada marco.

Teniendo en cuenta esto, podemos deducir, que por ejemplo el marco 155, tendrá la dirección 0:2 4. Esto se deduce ya que sí por c/seg existen 75 marcos, si la dirección es 2 seg, esta pertenece al marco 150, entonces para direccionar el marco 155, el marco es el numero 4.

Existen unidades lectoras de CD-ROM de tipo 2x, 4x, 6x,… velocidad simple de una unidad de CD de audio estándar respectivamente.

Si bien los CD-ROM son los CD más usados para almacenar programas y datos, las unidades lectoras de CD actuales también permiten leer información digital de otros tipos de CD basados en la misma tecnología, con vistas a aplicaciones en multimedia, como ser:

CD-DA (Digital Audio): es el conocido CD que escuchamos en un reproductor de CD para audio. Podemos escuchar la música que contiene mientras trabajamos con una PC, o bien mezclarla en usos multimedia.

CD-I son las iniciales de disco compacto interactivo. De tecnología semejante al CD-ROM, puede combinar datos, audio y video, conforme a un estándar multimedia propuesto por Phillips y Sony en 1986. Este también define métodos para codificar y decodificar datos comprimidos, y para visualizarlos. Almacena 72 minutos de audio digital estéreo ó 19 horas de conversación de calidad en mono, ó 6000 a 1500 imágenes de video – según la calidad deseada- que pueden buscarse interactivamente y mezclarse. Requiere una plaqueta inteligente especial en el computador. Al usuario le es factible interactuar mientras el CD es reproducido -en una unidad lectora compatible- mediante el mouse, o un dispositivo para disparar sobre un punto infrarrojo emitido ("thumbstick").

CD-ROM XA (de extended Architecture): es un estándar para sonido e imagen propuesto por Phillips, Sony y Microsoft, extensión de las estructuras de un CD-ROM, que especifica la grabación comprimida de sonido en un CD-ROM por el sistema ADPCM, también empleado en CD-I. Esto hace que un CD-ROM XA sea un puente entre CD-ROM y CD-I.

Photo CD: el estándar elaborado en 1990 por Phillips y Eastman Kodak especifica el procedimiento para convertir fotografías de 35 mm en señales digitales para ser grabadas en un CD-R en una o varias sesiones. La grabación se realiza durante el revelado de la película. Así se guardan cientos de fotos color en un CD-R. Los Photo CD y Video CD son CD-ROM XA "Bridge Format", que pueden leerse en lectoras CD-I como en lectoras propias de computadoras.

DVI Es un tipo de CD ROM que integra video, televisión, gráficos con animación, audio multicanal y textos. Necesita plaquetas adicionales. Merced a una técnica de compresión de datos, éstos ocupan 120 veces menos lugar, permitiendo ver una hora de video de 30 imágenes por segundo. A esta velocidad, dado que una imagen de TV ocupa 600 KB, para ver un segundo se requieren 600 KB x 30 = 18 MB. De no existir compresión, los 600 MB de un CD ROM sólo permiten unos 600/18  30 seg. de visión. Los reproductores de CD actuales pueden leer CD-ROM, CD-R (de varias sesiones), CD-ROM XA, Photo CD, Video-CD, CD-I, CD-plus, y CD-DA.

¿Cómo se fabrican los CD-ROM, y se graban los sectores de la espiral?

En un CD-ROM la espiral que codifica la información grabada es moldeada (en máquinas que fabrican en serie miles de CD iguales) en un molde de níquel, en el cual a temperatura se inyecta plástico.

A dicha espiral así moldeada se le deposita una fina capa de aluminio, y es protegida por una capa transparente superior. Más en detalle, con el disco visto desde abajo, la superficie grabada presenta una sucesión de hoyos ("pits") separados por espacios planos ("lands"), que forman una pista en espiral.

De este modo, un CD-ROM es grabado por el fabricante -en serie con otros iguales- pudiendo posteriormente ser sólo leído por el usuario en su unidad lectora de CD-ROM. En ésta un haz láser puntual sigue la pista en espiral metalizada que contiene la información, y al ser reflejado por dicha pista permite detectar la longitud de los "pits" y "lands" que codifican la información almacenada.

Por presentar un CD-ROM más bytes para código detector de errores que un disco CD-DA, no es factible leerlo en una reproductora para CD de audio.

La información digital (bits) en un CD-ROM -al igual que en un CD DA- se debe grabar en bloques (también llamados sectores) contiguos de una espiral.

Un tipo de CD-ROM de 60 min de duración (también son comunes los de 74 min) presenta la espiral constituida por 27000 sectores conteniendo cada uno 2048 bytes (2 K) para datos. En total se pueden almacenar:

2048 bytes x 270.000 = 552.960.000 bytes = 552.960.000/1.048.576 MB = 527 MB.

Antes de grabar el disco "master", punto de partida para fabricar miles de CD ROM, un programa fracciona cada archivo a grabar en sectores de 2048 bytes de datos, y les agrega, conforme a los campos de un sector:

1. unos y ceros indicadores de comienzo de bloque, que sirven para sincronismo con la lectora de CD.
3. una secuencia de bits que irá en la cabecera (header) de cada bloque para poder localizarlo.
4. los códigos ECC de Reed y Salomon para detectar/corregir errores que van al final de cada bloque.

Cada uno de los 270.000 bloques así conformados se va grabando en un disco "master" de vidrio, recubierto en una de sus caras por una película que atacará un haz láser, para formar en ella una espiral constituida por hoyos ("pits"). Para ello, se inserta el disco "master" de vidrio en un dispositivo de grabación, que presenta un cabezal que porta un haz láser de potencia, el cual se mueve en línea recta desde el centro al borde del disco. Este movimiento combinado con el de giro del disco, da como resultado que sobre la superficie del disco pueda formarse una espiral que crece desde el centro. Cada vez que el haz es activado, el calor que genera la punta microscópica del mismo (menor que una milésima de mm.) ataca la película que recubre el vidrio del "master" -en la cual está enfocado- generando en ella un hoyo que conformará la espiral.

Más en detalle, una computadora envía al cabezal, uno por uno, los bits a grabar, y en correspondencia se enciende o apaga el haz láser. Si el haz se activa, quema un punto microscópico en la pista en espiral que se va generando (de ancho algo menor que el punto), creando en ella un hoyo. De esta forma dicha pista se va conformando por hoyos ("pits"), separados por espacios no atacados por el haz, los "lands".

En un tipo de grabación corriente, un "land" representa un uno, y el "pit" que le sigue representa uno o más ceros, según sea la longitud de dicho "pit" (y el tiempo involucrado).

La espiral presenta unas 16.000 vueltas por pulgada radial (t.p.i). En el espesor de un cabello entran 50 vueltas. En total tiene 22.190 vueltas.

Cada archivo queda grabado en sectores sucesivos (que forman lo que suele denominarse un "track", aunque la pista en espiral es una sola). A continuación de un archivo sigue otro en la espiral, como en una cinta magnética.

Luego de grabar el disco "maestro" se fabrican réplicas metálicas (resistentes a la manipulación) de su superficie, por duplicación electrolítica, resultando otros discos de metal, "negativos" y "positivos" del "maestro" original. Este servirá de molde para fabricar en serie los CD de plástico. Para fabricar cada CD, por inyección de plástico (policarbonato que se derrite en el molde de níquel citado), se moldean la espiral -réplica de la existente en el "master"- junto con la capa inferior que le sirve de protección, constituyendo una sola pieza transparente. Por ser el molde un "positivo" del master, la espiral moldeada será un "negativo", o sea los "pits" como "mesetas montañosas" en su superficie superior. Esta superficie "montañosa" en espiral, debe ser metalizada (figura 2.35 b) con una fina capa reflectante de aluminio (u oro); y en otro paso deberá ser cubierta por una capa protectora de resina acrílica, sobre la cual se imprimirá la etiqueta, que conforma el "el techo" plano del CD. Visto el CD de–,de abajo presenta una superficie plana, sobre la cual está la espiral "montañosa" recubierto por la capa de metal, y sobre ésta la capa protectora transparente donde va la etiqueta.

Es una ampliación de la 2.35 b, con un corte en "mesetas". Sirve para mostrar que en una lectura, el haz láser -que llega al CD por su cara inferior y atraviesa su capa transparente protectora inferior- si pasa por una "meseta" es reflejado por la capa de aluminio que la recubre, siendo así la meseta sensada desde abajo por el haz como un hoyo ("pit"). Los hoyos vistos desde la cara inferior del CD.

La pista en espiral de un CD presenta el mismo número de bits por centímetro en todos sus tramos (densidad lineal constante), para aprovechar mejor el medio de almacenamiento. Un disquete gira a velocidad angular constante (CAV: constant angular velocity), como ser, cada vuelta siempre en 1/5 seg. Si tiene 18 sectores por pista, en cada vuelta leerá 18 sectores en 1/5 seg, cualquiera sea la pista. De esta forma, con CAV, se logra fácil que la cantidad de bits que se leen por segundo (velocidad de transferencia interna) sea la misma, sin importar qué pista sea.

Análogamente en un CD-ROM, por tener su pista en espiral igual densidad en cualquier tramo, a medida que ella es leída desde el centro al borde, -y por ende también cuando es grabada- la velocidad de giro debe disminuir continuamente, para que la cantidad de bits leídos por segundo sea constante en cualquier tramo. Dado que la espiral tiene igual cantidad de bits por cm en cualquier tramo, una vuelta interna guardará menos bits que otra más externa, por tener menor longitud. Si la espiral se leyera a velocidad de giro constante, durante una revolución del disco, una vuelta más interna de la espiral proporcionaría menos bits que otra más externa. De ser así, la lectura de una vuelta más interna de la espiral al ser leída proveería menos bits por segundo que otra más externa.

Para tener igual densidad en cualquier tramo de la espiral, en la grabación del "master", el punto luminoso del haz láser emitido por la cabeza (que se mueve en línea recta radial desde el centro al borde del plato, incidiendo siempre perpendicular al disco) genera la espiral a velocidad lineal constante (constant linear velocity-CLV, en cm/seg), para que sea constante la cantidad de bits grabados (y por ende leídos y transferidos) por segundo. Para que esto ocurra, el disco en el centro gira a una cierta velocidad angular (vueltas por segundo), que debe disminuir permanentemente a medida que la cabeza se aleja rectilíneamente hacia el borde del disco.

Resulta así, que la velocidad de rotación variable de un CD no se debe a su pista en espiral. Del mismo modo (figura 2.3), en un disquete, un sector más interno ocupa menos longitud de pista (mayor densidad de bits por cm) que otro más externo (menor densidad).

Sintetizando: por girar un CD a velocidad angular variable, y ser escrito a velocidad linear constante, se escriben (y leen) la misma cantidad de bits por segundo y por centímetro, cualquiera sea el sector del mismo Los sectores grabados, por contener igual cantidad de bytes, presentarán igual longitud en centímetros, dado que la cantidad de bits por centímetro es igual en cualquier porción de la espiral. El número de sectores escritos en cada vuelta de la espiral es un número variable, y en general no entero.

¿Cómo se lee un CD en una unidad lectora de CD-ROM, sea simple, 2x, 4x,… 12x …?

El hardware de una unidad lectora de CD (CD drive o CD player) comprende, básicamente:

• Mecanismos y motor de bandeja para insertar y retirar el CD.
• Electrónica de este periférico (IDE o SCSI), basada en un microcontrolador, con programas en EPROM para gobernar la mecánica y la electrónica de la unidad, y para detectar y corregir errores de lectura.
• Motor de giro del disco.
• Motor para movimiento (radial), hacía delante o atrás, de la base que soporta el cabezal de lectura.
• Diodo láser y óptica auxiliar.
• Optica móvil de enfoque (con motor).
• Subsistema de óptica móvil para seguimiento de la pista.
• Diodos foto-sensores de las señales ópticas reflejadas en el CD, y óptica auxiliar.

En un tipo de mecanismo corriente, al apretar un botón la bandeja de inserción ("caddy") sale hacia fuera, y el CD es puesto en ella. Al pulsar nuevamente dicho botón, la bandeja vuelve hacia adentro.

En un determinado momento de su trayecto empuja también hacia adentro a dos "mandíbulas" que se cierran paulatinamente (como una dentadura), hasta que el agujero central del disco queda prisionero (a través del hueco la bandeja) entre dos piezas circulares giratorias imantadas, vinculadas a esas mandíbulas. Así el disco queda centrado, y levantado respecto de la bandeja, a fin de no rozarla al girar.

Más en detalle, al final del recorrido de la bandeja -cuando se cierran por completo las mandíbulas- la pieza circular ligada a la mandíbula superior atrae magnéticamente al cuerpo de la pieza circular de la mandíbula inferior, vinculada al eje de un motor de giro, para asegurar que el borde interno del disco quede aprisionado entre dichas piezas, a fin de que pueda girar correctamente y esté centrado, como se planteó.

La mandíbula inferior presenta una base que contiene el motor de giro, el cabezal con el láser, y un sistema con dos guías para desplazar hacia atrás o adelante (mediante otro motor) el cabezal respecto a esta base, en dirección radial al disco. Además existe un bus flexible, para conectarla a la electrónica IDE.

Para que en todos los puntos grabados en espiral en el CD pueda incidir el haz láser generado por el cabezal, a medida que éste avanza radialmente hacia el borde del CD, se disminuye la velocidad de giro del disco; e inversamente, si el cabezal avanza hacia el centro, el CD debe girar más rápido. O sea, que al pasar el haz de un punto al siguiente de la espiral grabada, la velocidad de giro del disco ya varió.

El cabezal está a 1 mm. de la superficie del CD, generando un haz láser infrarrojo no visible, de baja potencia (pero peligroso para la vista), con un sistema de autoenfoque automático permanente en la capa de aluminio del CD, para incidir sobre "pits" y "lands" de la espiral grabada en esta capa.

Si en su movimiento rectilíneo radial a velocidad constante, el punto luminoso del haz incide en un "land" de la espiral grabada (cuya velocidad de rotación varía constantemente), el haz láser es reflejado por el aluminio, con mayor intensidad que si incide en un "pit".

Un diodo fotosensor detecta estas diferencias de intensidad de luz láser reflejada, a fin de recuperar -bajo la forma de impulsos eléctricos- los ceros y unos almacenados. Dichos pulsos según su duración representan distinto número de ceros, mientras que tanto el comienzo como el final de un pulso representa un uno.

A un nivel de mayor detalle, en el cabezal existe un sistema de lentes móviles no dibujado -gobernado por la electrónica de la unidad lectora de CD, basada en un microprocesador- que tiene como función enfocar el haz láser en cada punto de la espiral grabada, formada en la capa metálica del CD. Esto es necesario, dado que el CD no es perfectamente plano, por presentar deformaciones (± 0,6 mm) por el proceso de fabricación. También dicha electrónica comanda otro subsistema para desplazar levemente el haz sobre la superficie grabada del CD, de modo que en la lectura el haz siga correctamente sobre la pista en espiral grabada.

Los CD que almacenan 650 MB y 1,3 GB se graban típicamente según al método PPM (pulse position modulation) por el cual se representa un uno haciéndole corresponder un "land" de la espiral, al cual sigue un número de ceros representados por la longitud del "pit" que sigue a dicho "land". Los bytes a grabar están recodificados según el código EFM, a tratar.

En la lectura de un CD el diodo láser del cabezal genera un haz de luz láser infrarrojo perpendicular a la superficie del disco. En su camino hacia el disco, atravesará un prisma triangular sin desviarse, y luego pasará por otra lente (o por una bobina en la cual circula corriente eléctrica) para que el haz sea enfocado como un punto en la capa reflectante de aluminio donde están los pits y lands de la espiral. Al incidir el haz en la primer capa transparente protectora del CD, tiene un diámetro de 1 mm.

Atravesando esta capa los rayos se difractan (desvían), llegando luego a tener el haz un diámetro de unas 0,8 milésimas de mm. Cuando incide sobre la pista en espiral (cuyo ancho es de 0,5 milésimas).

En PPM un "land" es menor que 0,8 milésimas, por lo que el haz mmca puede incidir totalmente en un "land": parte de los rayos incidirán en el "land", y parte en el "pit" vecino. Dado que un "pit" está a una profundidad de un cuarto de longitud de onda de un "land", la porción de rayos que inciden en el "pit", antes de hacerlo recorren un cuarto de onda más que los que inciden en el "land". El haz luego de incidir en el aluminio, se reflejará. Los rayos que incidieron en el "pit" después de reflejarse harán nuevamente un cuarto de onda más de camino que aquellos que incidieron en el "land".

En definitiva, los rayos incidentes en el "pit" recorrerán media onda (un cuarto más un cuarto) más que los incidentes en el "land". El efecto resultante, es que el haz que incide parte en un "land" y parte en un "pit", al ser reflejado, llega al diodo fotosensor con muy poca intensidad luminosa (luego de pasar por el objetivo y ser reflejado por la cara de un cristal que por su inclinación oficia de espejo), por anularse entre sí los rayos desfasados en media onda provenientes del "land" y del "pit".

En cambio, cuando el haz incide en un "pit" en cada punto del mismo todos los rayos reflejados recorrerán la misma distancia, reforzándose mutuamente (todos en fase) provocando una fuerte intensidad luminosa al llegar al fotodiodo.

El método de registro PWL (Pulse Width Modulation) permite una mayor densidad de almacenamiento. Los "lands" dejan de servir para codificar un solo uno, pudiendo codificar uno o más ceros como los "pits". La transición de "pit" a "land" o la inversa codifica un uno; y la distancia entre dos transiciones (dos unos) representa un cierto número de ceros, según sea su longitud (y el tiempo transcurrido).

Existen unidades lectoras CD-ROM de tipo 2x, 4x, 6x y 8x,…. de doble, cuádruple, séxtuple, óctuple, … velocidad que la velocidad simple de una unidad CD de audio estándar, respectivamente. Las mismas tienen, en consecuencia, tiempos de acceso y transferencia respectivamente más rápidos que la velocidad CD estándar.

Por ejemplo, las del tipo 6x tienen un tiempo de acceso de unos 120 mseg (para 1/3 de carrera del cabezal entre extremos, que se duplica si la carrera es entre extremos), y velocidad de transferencia de 900 Kbytes/seg, casi 1 MByte/seg (contra 600 Kbytes/seg de las 4x, en correspondencia con el 50% de diferencia de velocidad). Las unidades 6x presentan un buffer de datos de 256 Kbytes.

En la performance de una lectora intervienen la eficiencia del controlador y e1 tamaño del buffer.

¿Cómo son y se escriben los CD para grabación por un usuario designados CD-R?

Un CD-R (CD Recordable, o sea grabable) puede grabarse por cualquier usuario que tenga conectado en su computadora el periférico "unidad grabadora de CD" (u optar por pagar este servicio).

En ésta, un haz láser graba en una espiral parcialmente pregrabada de fábrica –construida en una capa de material orgánico- un equivalente de "pits" y "lands", requeridos para almacenar los datos. Dicha espiral ya viene formateada por hardware con las direcciones de los sectores, y sirve de guía para el láser. El CD-R sobre dicha capa orgánica con la espiral, que es translúcida, presenta otra capa de oro para reflejar el haz láser en cada lectura. Estas dos capas están protegidas por otras de policarbonato. La capa orgánica translúcida es de resina o pigmento verde (generalmente cyanina). Durante el proceso de grabación de los datos, el equivalente de un "pit" se establece al decolorarse -merced al calor puntual generado por el haz láser- puntos de la capa orgánica de pigmento (típicamente verde). 0 sea que un CD-R simula ópticamente los "pits" y "lands" físicos de un CD-ROM.

Después de ser grabado, un CD-R se convierte de hecho en un CD-ROM, que puede leerse en cualquier unidad lectora de estos discos -de la forma antes descripta- sin posibilidad de ser regrabado.

Para la lectura de cada punto de la espiral, el haz láser incidente atraviesa la capa de policarbonato transparente y la capa de pigmento, hasta llegar a la capa superior metalizada cm oro, donde se refleja (en ella está enfocado). El haz reflejado -correspondiente al punto leído- es sensado por un fotodiodo, pasando ahora primero por la capa de pigmento y luego por la transparente. Según que el punto de la capa de pigmento por donde pasó el haz incidente (y retomó reflejado) esté decolorado ("pit") o no ("land"), el haz reflejado tendrá distinta intensidad, lo cual será detectado por el fotodiodo. Puntos sucesivos de igual intensidad luminosa constituirán un "pit" o un "land", según el valor de la intensidad detectada.

No es necesario grabar toda la espiral de un CD-R de una sola vez (sesión). Es factible hacerlo en tantas "sesiones" como archivos se quiera incorporar a lo largo del tiempo, hasta completar la capacidad del CD-R (como ser, 650 MB).

Una vez grabada una porción de la espiral, no puede borrarse y ser regrabada. Por tal motivo, los CD-R también se denominan CD-WO (Write Once, o sea de una escritura). Esta imposibilidad de regrabación ha motivado su uso en el ámbito contable y financiero, pues garantiza datos no borrables para auditorias. Por lo general, los CD-R se reconocen a primera vista, por el color dorado de su etiqueta.

Los primeros 4 mm de ancho radial de una espiral de un CD-R o de un CD-ROM constituyen el "lead in", que antecede a la zona de datos. Esta es de unos 29 mm de ancho, y le sigue el "lead out" de 1 mm.

En un CD-R, el "lead-in" es precedido por dos áreas necesarias para alinear el haz láser a fin de poder grabar lo que sigue. Cada sesión de grabado de la espiral debe comenzar con la escritura de un "lead in", y terminar con la de un "lead out". A su vez, cada "lead in" debe contener la tabla de contenidos ("Tabla of contents" TOC), índice de los datos grabados en la sesión correspondiente.

Debe mencionarse que un CD-R grabado en "multisesiones" debe ser leído por un lector de CD-ROM apropiado (como son los actuales). De no serlo, sólo leerá la primer sesión.

Existen grabadoras/lectoras de CD-R de varias velocidades (x1, x2, x4 … ). A mayor velocidad debe usarse un láser más potente para producir más calor, de forma de poder atacar adecuadamente los puntos requeridos en la espiral. Existen discos vírgenes CD-R para distintas velocidades, cuyo sustrato disipa distinta cantidad de calor en correspondencia con su velocidad de grabación.

Los discos WORM ("Write Once Read Many") fueron los precursores de los CD-R. La tecnología WORM no está normalizada: ciertos discos sólo pueden insertarse en unidades de un determinado fabricante. Estos discos son de 5 1/4", y vienen en "cartuchos" semejantes a los de plástico que protegen los disquetes magnéticos de 3 1/2", para ser insertados en las unidades correspondientes. Además existen discos con datos grabados en espiral, y otros con pistas concéntricas. Según la norma seguida por los fabricantes, un cartucho de 5 1/4" puede tener ya sea 640 MB ó 1,2 GB. Discos de 12" usados en redes pueden guardar más de 6 GB.

Por su capa orgánica los CD-R no deben ser expuestos a excesivo calor (por ejemplo dentro de un automóvil o sol directo) o humedad, pues pueden reducir su vida útil, o ser inutilizables por filtraciones de cyanina. También se debe cuidar de no escribir con bolígrafo su etiqueta, dado que la presión ejercida puede dañarlos. Una unidad CD-R puede leer un CD-ROM, y viceversa.

¿Cómo se direcciona y localiza un sector de la espiral en un CD-ROM o en un CD-R ?

Tanto en el CD-ROM grabado en serie por inyección de material, como en el CD-R grabado en una unidad de grabación, la lectura de los archivos contenidos es casi directa (random), sin tener que empezar a buscar desde el comienzo de la espiral, merced a que los sectores grabados en ésta son localizables por su dirección.

Cada sector de un CD-ROM o de un CD-R se identifica por una dirección formada por tres números. Volviendo al CD antes ejemplificado de 60 minutos y 270.000 sectores, los dos números primeros de una dirección son los minutos y segundos horarios (mm:ss); cada uno puede variar entre 00 y 59 (para indicar 60 números distintos). A partir del comienzo de la espiral minutos y segundos van progresando en forma absoluta desde 00:00 hasta 59:59 como indicadores de direcciones de los sucesivos sectores de la misma, y sirven de primer referencia para localizarlos.

Pero para individualizar cada sector hace falta un tercer número, dado que, por ejemplo, si en un CD x1 lee 75 sectores por segundo, suponiendo que un sector se lea luego de transcurridos 23 min. 40 seg. del comienzo (00:00) de la espiral, los 74 sectores siguientes en su dirección contendrán los números 23:40, puesto que la menor medida de tiempo en este sistema es el segundo. A fin de individualizar cada uno de los 75 sectores con dirección 23:40 se agrega otro número designado número de sector, que va de 0 a 74. Entonces, ese primer sector que está justo en 23:40 tendrá por dirección 23:40 0; el siguiente 23:40 1; y así hasta el 23:40 74, luego del cual seguirá el de dirección 23:41 0, etc. En esencia, es como dividir el segundo en 75 fracciones, puesto que en un CD x1 cada sector se lee en 1/75 de segundo.

Minutos y segundos pueden combinarse para formar 60 x 60 = 3.600 combinaciones de números distintos. Cada una de ellas puede asociarse a un número de sector, que va entre 0 y 74 (o sea se pueden indicar 75 números distintos). Por lo tanto, en total pueden formarse 3.600 x 75 = 270.000 combinaciones (direcciones) distintas, una para cada sector.

Conforme a lo anterior, las direcciones irán progresando como sigue:

00:00 0 00:00 1 00:00 2 … 00:00 73 00:00 74; y para el siguiente segundo:

00:01 0 00:01 1 00:01 2 … 00:01 73 00:01 74; y para el siguiente segundo:

00:02 0 00:00 1 00:02 2 … 00:02 73 00:02 74; y para el siguiente segundo:

00:59 0 00:59 1 00:59 2 … 00:59 73 00:59 74; y para el siguiente segundo:

01:00 0 01:00 1 00:00 2 … 01:00 73 01:00 74; y para el siguiente segundo:

01:01 0 01:01 1 00:01 2 … 01:01 73 01:01 74; y para el siguiente segundo:

01:02 0 01:02 1 00:02 2 … 01:02 73 01:02 74; y para el siguiente segundo:

Los últimos 75 sectores, del total de 270.000 de la espiral de 60 min. de duración deben tener por dirección:

59:59 0 59:59 1 59:59 2 … 59:59 73 59:59 74

De esta forma, el sector 155 contado desde el comienzo de la espiral, tendrá por dirección 0:2 4 Suponiendo que se conoce la dirección del sector al que se ordena acceder (lo cual implica haber consultado un archivo de subdirectorio, según se verá), el microprocesador de la unidad lectora dará la orden de traslado rápido del cabezal (según la recta en que se desplaza) a la porción de la espiral donde se encuentra dicho sector, en función de los minutos y segundos de su dirección. Luego, el haz láser del cabezal (enfocado en la capa metálica) traspasará la capa transparente protectora, y leerá direcciones de sectores de dicha porción, para que se puedan hacer ajustes finos del posicionamiento del cabezal (y de la velocidad de rotación), hasta encontrar el sector al que se quiere acceder.

El tiempo medio de acceso a un sector de la espiral depende que el CD sea x1, x2, x4, etc. Así tenemos:

CD x 1 (velocidad simple), lee 75 sectores/seg, (como los CD-DA) y transfieren 150 KB/seg.

CD x 2 (velocidad doble): tiempo de acceso 400 mseg; lee 150 sectores / seg y transfiere 300 KB / seg.

CD x 4 (cuádruple velocidad): tiempo de acceso 240 mseg; lee 300 sectores/seg y transfiere 600 KB/seg.

CD x 6 (séxtuple velocidad): tiempo de acceso 170 mseg, y transfiere 900 KB/seg.

CD x 8 (óctuple velocidad'): tiempo de acceso 160 mseg, que transfiere 1,2 MB/seg.

Como en los discos rígidos, las mayores velocidades de giro de los CD x2, x4, etc. implican mayores velocidades de transferencia, dado que el haz láser lee más bit/seg., lo cual se traduce en que pasarán más rápido a la electrónica de la lectora de CD, y por ende a memoria principal. En multimedia muchas aplicaciones pueden tener serios problemas de continuidad de sonido e imagen si usan CD x1 ó x2.

La performance de un reproductor de CD-ROM también depende del tamaño del buffer de su interfaz (típicamente de 256 KB), y de la calidad de su electrónica.

¿Qué es la codificación EFM usada en los CD-ROM?

El número de ceros entre dos unos, por limitaciones técnicas, no puede ser mayor que once, ni menor que tres. Nos encontramos con una convención y problemática semejantes a las existentes con la codificación RLL de los discos rígidos. Para los CD (de audio o de datos) se usa la codificación EFM ("Eight to Fourteen Modulation"). En ésta, grupos de 8 bits a grabar se convierten a 14 bits, según la tabla de la izquierda.

De esta forma, 16 ceros seguidos se codifican mediante 28 bits en EFM, entre los cuales existirán 6 unos. Para poder separar dos bytes consecutivos, de forma que codificados en EFM no puedan existir menos de dos ceros entre dos unos, se agregan 3 "merge bits", pasándose así de 14 a 17 bits por cada grupo de 8.

En esencia, la codificación EFM es un caso particular de la llamada "modulación" PCM (Pulse Code Modulation) usada para codificar información digital.

¿Cómo son en detalle los sectores de un CD y el código CIRC?

El hecho de que un CD de audio digital (CD-DA o CD player) pueda ser escuchado en la lectora de CDROM de una PC implica que la información está estructurado de manera semejante en ambos. En lo que sigue, se describirá la trama interna de un CD-DA, para luego mostrar su diferencia con el CD-ROM.

Los formatos de los sectores de los distintos tipos de CD tienen un origen común en el CD-DA. En éste un sector comprende 98 sub-bloques ("frames") iguales codificados en EFM.

Cada "frame" comienza con 27 bits para sincronismo, y luego siguen 17 bits en EFM (1 byte real, con bits PQRSTUVW) para control. Después siguen 476 bits en EFM (28 bytes reales) compuestos por 24 bytes de datos mezclados con 4 bytes adicionales para el código detector-corrector de errores designado CIRC (Cross Interleaved Reed-SalomoW Code). Luego siguen otros 68 bits EFM (4 bytes) de CIRC.

Los bytes de CIRC sirven para asegurar que sólo puede haber un bit errado no corregido por cada 108 bits = 100 millones de bits (1/108 = 10-8) en un CD-DA, lo cual no es perceptible escuchando música, pues cada segundo se leen 75 sectores. Si un sector está malo el oído no lo nota, dado que el reproductor de CD esta programado para repetir en este caso el sector anterior.

En total, un "frame" (cuadro/trama) consta de: 27 + 17 + 476 + 68 = 588 bits (en codificación EFM). De acuerdo con lo anterior, un sector -por contener 98 "frames" con 24 bytes reales para datos cada uno- puede almacenar en total: 24 x 98 = 2352 bytes de datos.

Dado que la capacidad máxima de un CD-DA puede ser 680 MB, ello implica que consta de: 680 x 1.048.576 bytes/2352 bytes = 300.000 sectores (1 MB = 1.048.576 bytes).

Conforme a lo descripto, la espiral de un CD esta compuesta por una sucesión continua de "frames", siendo que cada 98 "frames" consecutivos forman un sector (bloque). No existe separación alguna entre un sector y el siguiente. Se utiliza la zona de datos del primer "frame" de cada sector para guardar información que identifica dicho sector. (mm:ss y número de sector).

Otra forma de representar un sector sin detallar "frames" concentra en un solo campo los 2352 bytes de datos del mismo antes calculados, que en realidad están repartidos en sus 98 "frames". También los 4 bytes de CRC, que aparecen una vez junto con los datos y otra vez solos en cada uno de los 98 "frames", se concentran en dos campos contiguos, cada uno agrupando un total de 4 x 98 = 392 bytes Los 8 bits PQRSTUVW del byte de control de cada "frame", llamado "subcódigo", en un sector totalizarán: 1 x 98 = 98 bytes de control. Los bits de sincronismo de cada "frame" no aparecen. De los 2352 bytes se usan 16 para sincronismo e identificación del sector, quedando 2336 bytes para datos.

Todos los bits P de los 98 "frames" de un sector, constituyen el "subcanal P" del mismo (que se conoce totalmente cuando se termina de leer dicho sector), el cual indica si el sector contiene música o datos para computación. Los datos de un subcanal P a lo largo de un CD (compuesto por los bits P de todos los sectores) pueden Regar a 4 MB. Del mismo modo, los 98 bits designados Q conforman el "subcanal Q".

En los subcanales o subcódigos P y Q, que entre otras cosas indican si la grabación es de 2 ó 4 canales, el tipo de pre-énfasis empleado en la grabación musical, si se trata de sectores en blanco entre temas musicales, el número de tema grabado, y la codificación que sirve para visualizar en el reproductor tiempos en mm:ss.

Con los 6 bits R a W de los 98 sub-bloques se forma un subcanal auxiliar menos utilizado, con información para sincronización, identificación y otros fines.

Usando los subcanales es factible almacenar, además de la música, imágenes fijas (unas 700) o móviles.

Cada sector consta de 588 x 98 = 57.624 bits. Multiplicando este valor por los 300.000 sectores de un CD, resulta un total cercano a los 20 mil millones de bits, de los cuales sólo 680 MB son para datos del usuario Este tipo de CD puede guardar 650 MB en un disco de 74 minutos, y 553 MB en discos de 60 minutos.

Hasta acá el CD-DA. Los CD-ROM y los CD-R presentan la misma Estructura de 98 "frames" por sector.

Pero el error de un bit cada 108, admisible en un CD-DA, no puede ocurrir en un CD-ROM usado en computación, en especial si contiene archivos de programas. En un CD-ROM conservar la integridad de los datos guardados es más crítica que en un disco rígido, dado que si en este último se tiene sectores malos, esto puede subsanarse copiándolos en otros sectores, lo cual no es factible de realizar con los datos de un CD-ROM.

Por ello, en el formato "modo 1" de un CD-ROM, que es el más universal, además del código CIRC existente en cada "frame" (igual al visto en un CD-DA), se usan 288 bytes de los 2352 bytes para datos, a fin de realizar una corrección adicional sobre todo el sector. Esta se lleva a cabo luego que se hicieron las correcciones CIRC en cada "frame" del sector, mediante sus dos CIRC. Estos 288 bytes constan de 4 bytes de código detector errores (EDC), más 8 bytes cm ceros, más 276 bytes de código corrector. De este modo, sólo es factible un bit errado por cada 10.000.000.000.000 de bits (1/1013 = 10-13), o más. Un lector de CD-DA no puede interpretar estos 288 bytes (escritos con los datos), por lo que no puede leer un CD-ROM. A diferencia, un lector de CD-ROM puede leer un CD-DA.

En un CD-ROM, en un CD-R, como en un CD-DA, de los 2352 bytes de datos del sector, deben destinarse al comienzo, en la zona de datos del primer frame, 12 bytes para sincronismo del sector (que existen además de los bits de sincronismo de cada "frame" del mismo), y 4 bytes para el encabezamiento ("header"). Este contiene en 3 bytes los valores de minutos (mm), segundos (ss), y números (de 0 a 74) descriptos, que identifican cada sector. El cuarto byte indica el "modo".

Por lo tanto, cada sector de un CD-ROM "modo 1" guarda en neto: 2352 – 12 – 4 – 288 = 2048 bytes reales (2 K) de datos.

Puesto que un sector de un CD-DA o CD-ROM, o CD-R presenta 98 "frames" de 24 bytes de datos, y se leen 75 sectores/seg (CD-ROM x1), para esta velocidad de lectura corresponde una velocidad de transferencia de (98 x 24) Bytes/sector x 75 sectores/seg = 176.400 Bytes/seg. (que se duplica, triplica, etc., para 2x, 3x … ).

De uso menos frecuente en computación es el formato "modo 2" de 2336 bytes para datos por sector, para aprovechar casi 15% más el espacio que en el modo 1, dado que, (como en los CD-DA) no se emplean 288 bytes adicionales para una ulterior corrección. Este formato es eficaz en aplicaciones donde el error de 1 bit en 108 citado no es crítico, como ser en el ahnacenanúento de imágenes.

También existe el formato CD-ROM X-A (de extended Architecture), para multimedia, que agrega un campo de 8 bytes ("sub-header"), quedando libres 2324 bytes para datos. Permite reunir secuencias de video sincronizadas con texto y sonido comprimidos.

Los reproductores de CD actuales pueden leer CD-ROM, CD-R (de varias sesiones), CD-ROM X-A, Photo CD, Video-CD, CD-I, CD-plus, y CD-DA.

¿Qué es el formato lógico HSG/ISO 9660 para organización interna de un CD-ROM usado en sistemas operativos para almacenar archivos?

Las siglas HSG hacen mención al High Sierra Group, grupo de fabricantes de hard y soft que se reunió en el High Sierra Hotel de Nevada en 1985, para establecer normas de compatibilidad entre CDs. Estas con muy pocas variantes constituyera luego el estándar ISO 9660. De ahí la denominación HSG/ISO 9660. Este estándar sirve para acceder a archivos en un CD-ROM, a través del DOS u otro sistema operativo de uso en una PC. Según el mismo, un sistema operativo -para almacenar la información o leerla- "ve" un CD-ROM conformado por una sucesión de sectores lógicos de 2048 bytes (2KB) como en una cinta magnética, constituidos a su vez por 4 bloques lógicos de 512 bytes.

Un archivo se guarda en una secuencia continua de bloques lógicos.

Tanto los sectores lógicos como los bloques lógicos se numeran 0,1,2… Estos números identificatorios se denominan Logical Sector Numbers (LSN), y Logical Blocks Numbers (LBN), respectivamente.

Resulta, pues, que el tamaño de un sector lógico (2 KB) coincide cm el de un sector antes definido, también llamado sector físico, siendo que en un sector físico entran 4 bloques lógicos de 512 bytes.

El sector lógico 0 (SLN 0) se encuentra luego que pasaron 150 sectores físicos, en el sector físico de dirección 00:02 0, o sea en el sector que está a 2 seg. del comienzo del CD, suponiendo que pasan 75 sectores por segundo por el punto de incidencia del rayo láser enfocado en la espiral.

Mediante un simple cálculo, con el SLN se puede hallar la dirección del sector físico que le corresponde.

Según se vio, en un disquete o en un disco rígido un archivo puede estar fraccionado: parte en sectores consecutivos de un cilindro, y parte en sectores consecutivos de otro(s) cilindro(s). Ello depende del espacio existente cuando fue creado, de su extensión, y del hecho de que si el archivo fue ampliado en distintas oportunidades, en el lapso transcurrido entre éstas fueron creados o borrados otros archivos.

En un CD la espiral una vez grabada no puede borrarse (sea del tipo CD-ROM grabado por inyección en un molde patrón, o un CD-R). Cada archivo guardado en el CD consta de varios sectores consecutivos de la espiral, sin posibilidad de fragmentación, ni de cambios (gran estabilidad). Resulta así sencillo ubicar en un CD todos los bloques lógicos que constituyen un archivo, pues basta indicar la ubicación del primero de ellos y el número total de tales bloques.

Por lo tanto, un CD no requiere de una tabla tipo FAT, necesaria para seguir la continuidad de un archivo que se encuentra fraccionado en distintos cilindros de un disco o disquete.

La denominada "Path table" ("tabla de alternativas") de un CD, contiene -por orden alfabético- los nombres de todos los directorios y subdirectorios, junto con el número de sector lógico (SLN) donde cada uno de ellos empieza, con lo cual puede determinarse en qué sector físico están. Puede haber varias tablas. Si una copia de esta tabla pasa a memoria principal, en ella se selecciona el subdirectorio buscado, y luego es factible perder tiempo únicamente para acceder a un solo sector del CD, donde dicho subdirectorio se encuentra, a fin de localizar por su nombre un archivo que forma parte del mismo. Para traer a memoria la "Path Table", el sistema operativo debe averiguar en qué sector del CD ella está. A tal fin primero debe llevar a memoria el Descriptor de Volúmen estándar (VD), que siempre debe existir en el SLN 0. Este sector y hasta el SLN 15 están reservados para el área del sistema; o sea que ésta consta de 32 KB (16 sectores de 2KB). Luego, se extiende el área de datos hasta el fin del CD. Este VD también permite localizar el SLN del área de datos donde se encuentra el "directorio raíz" del CD, a partir del cual comienza la estructura jerárquica de subdirectorios y archivos contenidos en el CD, como en los discos y disquetes.

Conforme al estándar HSG, pueden existir en el área del sistema un "boot sector", y hasta 5 descriptores de volumen distintos, que informan sobre distintos atributos del CD, siendo obligatoria la existencia del VD estándar. Esta información debe estar en sectores consecutivos, a partir del SLN 0, al final de los cuales un sector lógico debe indicar el fin de la secuencia de sectores ocupados en el área del sistema.

Los descriptores de volumen posibilitan la creación de varios directorios en un CD (o para un grupo de CD).

¿En qué consisten las técnicas magneto-ópticas (MO) y de cambio de fase usadas en discos ópticos borrables?

Los discos borrables magneto-ópticos (M0) presentan una fina capa de material magnetizable y reflectante, protegida entre dos capas de material plástico transparente. La capa magnetizaba guarda la información en pistas concéntricas, que se graban y leen a velocidad angular constante (CAV: constant angular velocity) como ocurre en los discos magnéticos. También como en éstos, mientras el disco gira, el cabezal primero se posiciona en la pista a la que se quiere acceder, quedando inmóvil sobre ella (al igual que el cabezal de los discos magnéticos), y luego busca al sector (de 512 ó 1024 bytes) direccionado.

En la escritura un cabezal con un haz láser auxilia con calor puntual la grabación N-S o S-N que llevará a cabo un campo magnético. Dicho haz, en la lectura de un sector, al ser reflejado por la capa magnetizada servirá para detectar si el punto donde incidió tiene polarización magnética correspondiente a un uno o cero.

El tiempo de acceso puede ser hoy de 30 mseg. para discos MO de 3 1/2", y velocidades de 3000 r.p.m.

Los discos MO se alojan en los denominados "cartuchos" ("cartridges"), semejantes a los que protegen disquetes magnéticos. Pueden grabarse y leerse en ambas caras, pero en el presente de a una por vez, debiéndose extraer el disco para darlo vuelta y reinsertarlo. Existen discos MO de 5 1/4", con 325 ó 650 MB por cara; y de 3 1/2" con 128 MB por cara.

Dado que no existen aún normas acordadas mundialmente, puede ocurrir que un disco MO de un fabricante no funcione en una unidad para tales discos de otra marca.

Como se detallará, en la grabación de unos y ceros de un sector, debe generarse un campo magnético de polaridad adecuada mediante un electroimán, como en los discos magnéticos.

Pero para que tal grabación sea posible, debe acompañar al campo magnético un haz láser puntual de cierta potencia, perpendicular a la pista, que caliente los puntos de ésta (dominios mgnéticos) que son magnetizados como ceros o unos. Esto permite una mayor densidad de grabación, especial en el números de pistas por pulgada (t.p.i).

En la lectura de una pista, no interviene el electroimán citado. Este sensado se hace con un haz láser de baja potencia, cuya reflexión permite diferenciar campos magnéticos, ya sean de unos o ceros grabados.

Otra diferencia de los MO respecto de los magnéticos, radica en que la superficie de material magnetizable y reflectiva (actualmente de Cobalto-Platino) que contiene la información grabada, está protegida por una capa de plástico translúcida.

Para regrabar (o grabar en un disco virgen) información en un sector, una forma de hacerlo es realizando dos pasos (previamente el cabezal debe acceder al sector a grabar):

1. Un denominado borrado, que en definitiva es una escritura de todos ceros en la porción de la capa magnetizable a grabar. Consiste en calentar con el láser' los puntos microscópicos magnetizados que guardan tanto los unos como los ceros existentes en la porción a grabar (lo mismo si se graba por primera vez), al mismo tiempo que se aplica un campo magnético con el electroimán que actúa desde la cara superior del disco. El láser puntual calienta (a unos 150 ºC durante menos de una millonésima de segundo) cada punto a fin de desmagnetizarlo, para que luego quede polarizado magnéticamente S-N como un cero, merced a la acción del campo magnético del electroimán citado. Aunque dicho campo actúe sobre otros puntos vecinos, sólo puede ser cambiada la polaridad magnética del punto que es calentado por el láser.

Se trata, pues, de una escritura termomagnética "asistida" por láser.

La bobina del electroimán sobre el disco genera el campo rnagnetizador externo -usado sólo para grabar- que es vertical a la pista accedida. El calor es disipado por la capa grabada hacia todo el CD.

2. Escritura de unos, para lo cual el disco debe hacer casi una revolución para volver al inicio de la zona del sector a grabar. En este paso el electroimán invierte la polaridad del campo magnético que genera, y el haz puntual es activado por el microprocesador, sólo para calentar puntos que deben ser cambiados a unos (magnetizados como ceros en el paso anterior) conforme a la información que debe ser realmente escrita. Esto se hace igual que en el paso 1. Lo único que cambia es la dirección de la corriente en el electroimán. En dichos puntos la dirección de magnetización se invierte en la dirección del campo magnético externo. La energía calorífico absorbida es disipada merced a la conducción técnica del sustrato del disco.

Tanto en la escritura de unos o ceros la polarización resultante N-S o S-N es perpendicular a la superficie, como en los discos rígidos 2 actuales, a fin de lograr una mayor densidad de grabación.

En una lectura, el cabezal se posiciona en la pista a leer, y genera un haz de luz láser, de baja potencia siempre activado, el cual polarizado' es enfocado en esa pista de la superficie metálica, antes magnetizada según los dos pasos citados. El haz láser al ser reflejado en dicha superficie permite detectar indirectamente la polaridad magnética (N-S ó S-N) de cada uno de los puntos de la pista, o sea si representa un uno o un cero. Esto se debe a que el plano de polarización del haz reflejado rota un pequeño ángulo en sentido horario o antihorario según la polaridad del campo magnético existente en cada punto donde el haz incidió. Tal diferencia de rotación del haz reflejado se manifiesta en un cambio en la intensidad de luz que detecta un diodo sensor, ubicado en el cabezal, que convierte este cambio en una señal eléctrica.

En el presente existen discos MO de escritura en una sola pasada (DOW: Direct Overwriter o LIMDOW: Light Intensity Modulation Direct Overwriter), o sea de sobreescritura directa Una técnica consiste en agregar una capa MO adicional, paralela a la que actúa como memoria propiamente dicha, para que puntos de ésta puedan ser puestos a cero por la capa adicional.

¿Qué son los CD-RW o CD-E?

CD-RW son las siglas de CD ReWritable, o sea CD re-escribible (como los MO), asociado a la tecnología de regrabación por cambio de fase. También se denominan CD-E (CD-Erasable) o sea CD borrable. Esta tecnología se basa en la propiedad que posee una capa de material como el teluro (mezclado con germanio o antimonio), de cambiar del estado amorfo (0) al cristalino (1) si se alcanza la "temperatura transición" (100 ºC ó más); y de volver de cristalino a amorfo, si se alcanza la "temperatura de fusión" y se deja enfriar.

Para escribir un uno en un punto de una pista del disco, un láser con baja potencia lo calienta rápidamente hasta la temperatura de transición. Si el estado físico del punto era amorfo, pasa a cristalino; y si ya está en este estado, quedará igual. Un cero se escribe calentando el punto hasta la temperatura de fusión, usando el láser con alta potencia. Al enfriarse pasa al estado amorfo, y si estaba en ese estado volverá al mismo.

La lectura de las pistas así grabadas se realiza con el mismo cabezal, recorriéndoles con el láser de Potencia diez veces menor. La luz láser reflejada al ser sensada permite detectar, por diferencias de reflectividad, los cambios de un estado físico al otro, a lo largo de la pista. Un punto en estado cristalino refleja el 70% de la luz incidente, y en estado amorfo el 18%.

Obsérvese que esta tecnología es puramente óptica, sin magnetismo, requiriéndose tina sola pasada para escribir, a diferencia de la MO, que necesita borrar (escribir todos ceros) y luego escribir los unos. Para escribir o leer este tipo de discos se requiere grabadoras y lectoras apropiadas para su tecnología. Se estimaba hace poco un CD-E puede regrabarse unas 100.000 veces (contra 10 millones de un MO). Realizando 50 reescrituras diarias, duraría 5 años (de 365 días). Ha habido avances al respecto. Las unidades CD-RW pueden también leer los CD-ROM y CD-R, siendo además que estos CD (y los MO) cumplen con el formato UDF (Universal Disc Format) normalizado por la Asociación OSTA, que facilita a los sistemas operativos el acceso a discos.

11. Discos PD

¿Qué son los discos y unidades PD?

Los discos PD (Phase change/Dual) se basan en la tecnología de cambio de fase tratada, pero las pistas generadas son concéntricas, como en los discos magnéticos (en los CD-WR se tiene una sola pista en espiral) Las unidades PD también pueden leer discos con espiral (CD-ROM, CD-R, CD-RW), de donde proviene la denominación "dual". Por tal motivo aparecen con la denominación PD/CD-ROM.

12. Discos WORM

Los WORMs (Write Once Read Many) son discos òpticos en los que, como el nombre lo indica, se puede escribir una sola vez, y acceder a los datos tantas veces como se quiera. Estos aparecieron ya que este dispositivo permite al usuario escribir el mismo en el disco. Sin embargo, una vez que se ha laserizado un hueco en la superficie, este ya no puede borrarse. Los discos que utilizan la tecnología Worm más conocidos en el mercado son los CD-R (Compact Disc Recordable), llamados anteriormente CD-WO(Write Once).

El proceso de grabación se realiza de la siguiente manera: el CD contiene una espiral, parcialmente pregrabada de fabrica que contiene las direcciones de los marcos, que sirve de guía para el láser. Este espiral posee una capa orgánica(un pigmento) translúcida que cuando el haz incide en una posición, esta se calienta decolorando el pigmento. En sima de esta capa se encuentra un capa de oro que sirve para reflejar el haz láser en cada lectura.

En la lectura, la capa orgánica deja pasar el haz láser hacia la capa de oro, o sea la capa reflectora, reflejandose de forma distinta según el haz haya atravesado un punto decolorado o no, simulando de esta manera en la lectura pits para las zonas decoloradas, y lands para las zonas donde no incidió el láser. Esto sucede ya que las zonas decoloradas producen una reflexion similar a la de un pit, y lo mismo con la de una zona sin decolorar con un land. Es por esto que CD-R ya grabado se lee como un CD-ROM .

Un CD-R no es necesariamente grabado en una sola sesión, se puede grabar en varios momentos como archivos que se quiere incorporar, hasta llegar a los 650 Mb(llamamos sesión a cada momento que se graba una determinada cantidad de archivos en un CD-R). Es por esto que un CD-R se debe grabar con la siguiente estructura para poder contener múltiples sesiones:

Los primeros 4 mm de ancho radial de una espiral de un CD-R o de un CD-ROM constituyen el "lead in", que antecede a la zona de datos. Esta es de unos 29 mm de ancho, y le sigue el "lead out" de 1 mm.

En un CD-R, el "lead-in" es precedido por dos áreas necesarias para alinear el haz láser a fin de poder grabar lo que sigue. Cada sesión de grabado de la espiral debe comenzar con la escritura de un "lead in", y terminar con la de un "lead out". A su vez, cada "lead in" debe contener la tabla de contenidos ("Table of contents" TOC), índice de los datos grabados en la sesión correspondiente.

Debe mencionarse que un CD-R grabado en "multisesiones" debe ser leído por un lector de CD-ROM apropiado (como son los actuales). De no serlo, sólo leerá la primer sesión. Los sistemas operativos de una PC utilizan para la lectura de un CD-ROM el formato lógico HSG/ISO 9660. Este es un estandar de una organización interna de los CD –ROM establecida en 1985 por la empresa High Sierra Group, utilizado para establecer normas de compatibilidad entre los CDs.

Uno de los usos del CD-R que no se mencionó es el del Photo Cd. Este es un estándar elaborado en 1990 por Phillips y Eastman Kodak que especifica el procedimiento para convertir fotografías de 35 mm en señales digitales para ser grabadas en un CD-R en una o varias sesiones. La grabación se realiza durante el revelado de la película. Así se guardan cientos de fotos color en un CD-R.

Autor:

Ricardo Martinez

Argentina Escuela Superior de Comercio