Informática – Almacenamiento secundario

Introducción

El procesador es capaz de realizar a gran rapidez operaciones sobre los datos almacenados en la memoria la cual es volátil y tiene una capacidad de almacenamiento insuficiente para guardar todos los datos, con lo cual, los ordenadores necesitan disponer de alguna forma de almacenamiento permanente y masivo. Se conoce como almacenamiento secundario a los medios de almacenamiento que están fuera del almacenamiento primario. Las cintas magnéticas, los paquetes de discos, los discos flexibles y los discos de almacenamiento óptico son los ejemplos de medios de almacenamiento secundario. Son más económicos que la RAM y no requieren el suministro continuo de energía para conservar la información almacenada.

Sin embargo cabe recalcar que el acceso a la información del almacenamiento secundario es más lento que el acceso a la memoria RAM. Por ejemplo para ciertos equipos recuperar un solo carácter de la memoria de una PC toma alrededor de 150 ns., es decir 150 millonésimas de segundo mientras que para el tiempo medio para recuperar dicho carácter en el disco de la PC es un poco mayo a 75 ms., es decir 75 milésimas de segundo.

Los datos en el almacenamiento secundario se reúnen en archivos, los cuales se definen como colecciones de información relacionada. La existencia de los archivos se debe a la existencia del almacenamiento secundario, si la información se mantuviera en RAM no recibirían dicho nombre.

Los dispositivos de almacenamiento secundario están en línea con el procesador. Aceptan datos o instrucciones del programa del procesador cuando se necesitan para llevar a cabo tareas de procesamiento. Se deben especificar dos conceptos importantes:

El proceso de transferencia de datos a un equipo de cómputo se le llama procedimiento de lectura.
El proceso de transferencia de datos desde la computadora hacia el almacenamiento se denomina procedimiento de escritura.

Características del Almacenamiento Secundario

Gran capacidad de almacenamiento.
No se pierde la información al apagarse la computadora, es decir no es volátil.
Altas velocidades de transferencia de información.
La información se almacena en el mismo formato como se hace en la memoria principal.
Para ser procesados por el CPU, los datos se almacenan en la memoria secundaria y luego se llevan a la memoria principal.

Tipos

Los tipos de almacenamiento secundario son:

Almacenamiento Magnético
Almacenamiento Óptico
Almacenamiento Híbrido (Magnético/Óptico)

Almacenamiento Magnético

La tecnología magnética para almacenamiento de datos se lleva usando desde hace décadas, tanto en el campo digital como en el analógico. 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 imágenes, números o música.

Tipos de Acceso

Las unidades de disco pertenecen a una clase de dispositivos conocidos como dispositivos de almacenamiento de acceso directo (DAAD) ya que permiten el acceso directo a los datos. Los DAAD contrastan con los dispositivos de acceso en serie, el otro tipo principal de dispositivos de almacenamiento secundario. Los dispositivos de acceso en serie usan medios tales como la cinta magnética que sólo permite el acceso en serie; no se puede leer o escribir un dato en particular hasta que todos los datos que preceden en la cinta hayan sido leídos o escritos en orden.

Dentro de esta categoría están los discos flexibles, discos duros y cintas magnéticas.

Discos Flexibles

El disquete proporciona un medio de intercambiar información, almacenar datos, archivar ficheros, etc. Son fáciles de usar, pero son lentos, no tienen suficiente capacidad y son poco confiables.

Los discos flexibles (conocidos en el argot informático como disquetes o floppy disks) son unos discos fabricados de un material plástico de alta resistencia denominado mylar que están recubiertos de un material ferromagnético al que se le puede modificar la magnetización mediante una cabeza de lectura/escritura, de forma que sirven para el almacenamiento de la información. Estos discos están protegidos mediante una funda de plástico PVC que los protege.

Estructura de los disquetes

Los disquetes (o discos flexibles) deben su nombre al hecho de que el disco es flexible: si extrae el disco de su envoltura protectora de plástico se puede ver que el disco es fino y flexible. La envoltura protectora dota al disco de la suficiente rigidez para que el motor de la unidad pueda hacerlo girar.

Los disquetes se dividen fundamentalmente en pistas individuales, que se distribuyen como círculos concéntricos equidistantes sobre la superficie del disco magnético en el interior del disquete. Estas pistas se designan con un número de 0 hasta N. La pista exterior por norma lleva el número 0, la siguiente el número 1, y siguiendo este esquema se procede hasta la pista más interna.

Cada pista, a su vez, se divide en un número constante de segmentos más pequeños del mismo tamaño llamados sectores. La cantidad de estos sectores depende del formato del disquete y de la unidad.

Cada sector contiene 512 bytes y representa la unidad de acceso más pequeña con la que puede operar un programa. Así que, no es posible leer o escribir un único byte de un disquete, sino que como mínimo se ha de leer o escribir un sector completo. Siempre que sea posible, los datos se almacenarán en sectores contiguos para aumentar la velocidad de acceso a estos datos. Los datos se localizan según sus números de pista y sector.

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La capacidad de un disquete se calcula según la siguiente fórmula:

C= Np*Ns*Nb,

donde:

Np= número de pistas

Ns= número de sectores por pista

Nb= número de bytes por sector

El valor resultante de esto sólo describe la capacidad de una de las caras del disquete, y se ha de duplicar, si la unidad de disquetes está equipada con dos cabezales de lectura / escritura, ya que en este caso se utilizan tanto la cara superior como la inferior del disco para guardar datos.

Hay diversos tipos de unidades de disco y varios tipos de discos, esto es importante ya que existe una serie de incompatibilidades entre los distintos tipos. Sin entrar en la historia de la evolución de los formatos de las unidades de discos de los ordenadores compatibles, se puede decir que en la actualidad hay cuatro tipos básicos de unidades de disco: los de 5¼ pulgadas, los de 3½ y a su vez, dentro de cada uno de estos dos tipos, se encuentran los de alta densidad y de baja densidad. Como es lógico, cada una de estas unidades utilizará un tipo de disco específico.

Disco de 5 ¼

Estructura externa

El disco de 5¼ es un sandwich en el cual el relleno es el propio disco. El disco tiene un nombre apropiado, ya que tiene exactamente 5¼ pulgadas de anchura; la cubierta que lo contiene es un cuadrado de 5 ½ pulgadas de lado. En la siguiente figura se muestra un disquete de este tipo en el que podemos distinguir las siguientes partes:

1.- Área de la etiqueta

2.- Muesca de protección contra escritura

3.- Agujero de Acceso al eje de giro

4.- Apertura (de Acceso) para el cabezal

5.- Agujero de índice.

A continuación se detalla cada una de las partes:

1.- Área de la etiqueta: En esta zona se suele pegar una etiqueta para poder identificar el disco.

2.- Muesca de protección contra escritura: La cubierta que rodea al disco es prácticamente cuadrada, excepto por una muesca cerca de una esquina. Esta ranura la detecta automáticamente un interruptor dentro de la unidad de disquetes. Si la ranura está abierta, entonces hay acceso de escritura al disco, permitiéndose la lectura, escritura o formateo del disco. Si la muesca está cubierta con una etiqueta de protección contra escritura o un trozo de cinta, el sensor de la unidad de disquetes no la encontrará. La unidad de disquetes informará entonces al ordenador de que el disco está protegido contra escritura, y no se podrá escribir o formatear el disco.

3.- Agujero de acceso al eje de giro: El gran agujero que hay en el centro de la cubierta permite pasar a través el eje de la unidad de disquetes. El agujero practicado en la cubierta externa del disquete sirve para que el mecanismo de la unidad de disquetes sujete el disco y lo haga girar sin que se escape.

4.- Apertura de acceso al cabezal: El largo agujero ovalado que hay a ambos lados de la cubierta de un disquete permite al cabezal o cabezales de lectura/escritura de la unidad de disquetes ponerse en contacto con la superficie del disco. Con respecto a este agujero hay dos reglas:

El extremo del disco más cercano a este agujero es el primero que hay que introducir en la unidad de disquetes.
Nunca toque la superficie del disco que se puede ver a través de este agujero.

5.- Agujero de índice: No lejos del agujero del eje, la cubierta del disquete muestra otra perforación, diseñada para permitir el indexado mecánico del disco. Si se gira el disquete de 5 ¼ dentro de su cubierta, se puede encontrar un pequeño agujero en el propio disco, alineado con la perforación de la cubierta. Se llama agujero de índice.

Tipos de discos de 5¼

Discos de 5¼ pulgadas de baja densidad: también denominados de doble cara/doble densidad o Double Sided Double Density DSDD. Tienen una capacidad máxima de 360 Kb de información. ( 40 pistas, 9 sectores por pista, 2 cabezales).
Discos de 5¼ pulgadas de alta densidad: Tienen una apariencia externa similar a los anteriores, diferenciándose de éstos en el material magnético utilizado para su recubrimiento. Este material permite una mayor densidad de información. Se denominan por las siglas DSHD (Double Sided High Density) lo que traducido quiere decir doble cara alta densidad. La capacidad máxima de estos discos es de 1,2 Mb (80 pistas, 15 sectores por pista, 2 cabezales). Cabe señalar que estos discos solamente se pueden utilizar con unidades de disco de alta densidad.
- Disco de 3½

Las unidades de 5¼ prácticamente ya están en desuso y han dejado el paso a las de 3½. Los disquetes de 3½ tienen a su favor el hecho de ser artículos manejables y lo suficientemente duros y fiables, como para transportarlos fácilmente (en comparación con los de 5¼).

Estructura externa

El sistema de discos de 3½ encierra varias mejoras respecto al veterano diseño de 5¼. La más notoria es su cubierta dura, muy resistente y apenas flexible. Esta cubierta resistente protege al frágil disco lo que permite escribir sobre una etiqueta ya pegada en el disquete. A diferencia de los de 5¼, los cuales dejan un segmento del disco al aire libre, vulnerable al polvo, la suciedad y las huellas, el diseño de 3½ cubre la zona de acceso del cabezal con un protector metálico deslizante que se cierra mediante un muelle. El protector se abre automáticamente cuando de inserta el disco en la unidad de disquetes. Esta protección significa que estos discos no necesitan funda.

Estos discos son más pequeños que los anteriores pero tienen mayor capacidad. La cubierta de los discos de 3½ pulgadas es rígida y en lugar de tener una muesca de protección contra la escritura dispone de una pestaña de plástico que se puede desplazar y que funciona al contrario que en los discos de 5¼ pulgadas, ya que cuando está cerrado el orificio significa que se puede escribir y cuando está abierto no se puede realizar dicha operación.

Sus características son:

1.- Cubierta de Acceso al cabezal (con un mecanismo de muelle deslizante)

2.- Eje de giro reforzado con metal.

3.- Agujero indicador de disco de Alta densidad.

4.- Seguro deslizante de protección contra escritura.

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Tipos de discos de 3½.

Discos de 3½ pulgadas de baja densidad: La principal ventaja de estos discos, también denominados Micro Floppy Disk, es su mayor capacidad: 720 Kb (80 pistas, 9 sectores, 2 caras) La denominación de siglas es la misma que en los discos de 5¼ DSDD.
Discos de 3½ pulgadas de alta densidad: Estos discos tienen una apariencia externa similar a los de baja densidad con el mismo formato pero el recubrimiento magnético es diferente, para que pueda aceptar la mayor densidad de información. La denominación en siglas de estos discos es idéntica a la de los discos flexibles de alta densidad de 5¼ pulgadas DSHD. Estos discos solamente se pueden utilizar con unidades de disco de alta densidad. Tienen una capacidad de 1.44 Mb (80 pistas, 18 sectores, 2 caras).

Discos duros

Es necesario disponer de un sistema de almacenamiento masivo de alta capacidad y de elevada velocidad, el disco duro. Las capacidades de los discos duros están en el orden de los GB. Como en el caso de los discos flexibles, los discos duros pueden ser leídos y escritos cuantas veces se quiera y como en teoría las cabezas no tocan la superficie del disco, deberían ser eternos desde el punto de vista del soporte de la información.

Factores fundamentales

Aunque el tamaño o capacidad del disco duro es un factor que puede ser determinante, hay una serie de factores que también intervienen para diferenciar unos de otros, como puede ser la fiabilidad, el tiempo medio de acceso, el consumo, etc. De hecho, un disco duro con una capacidad menor que la de otro puede ser mucho más caro debido a un menor tiempo de acceso o a una mayor fiabilidad.

Antes de decidirse por un tipo u otro de disco duro, o para comprobar si el disco duro que incorpora el ordenador del que se dispone es realmente el que se ajusta a las necesidades del usuario, es necesario conocer algunos términos utilizados para la descripción de estos dispositivos.

CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO

Es el número de bytes que puede almacenar un disco duro. No hay que confundir la capacidad total con la capacidad una vez formateado, ya que esta última es la realmente utilizable por el usuario y es menor.

VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA

Es la velocidad con la que se transfieren los datos desde la memoria del ordenador al disco o viceversa. Normalmente este valor depende del tipo de interfase del disco duro. Las unidades típicas son de Kilobytes por segundo (kbps).

TIEMPO MEDIO DE ACCESO

Es el tiempo medio que tarda la cabeza del disco en situarse en un lugar determinado y recuperar cierta información. Las unidades típicas son del orden de los milisegundos y en la actualidad estos tiempos se reducen de forma considerable mediante los sistemas de memoria caché que incorporan los nuevos discos y ordenadores.

TIEMPO MEDIO ENTRE FALLOS

Es la medida de la fiabilidad del sistema y es un factor a tener en cuenta, ya que, dado el precio y el estado de las reparaciones de estos sistemas de almacenamiento, se les puede considerar como perecederos con el uso.

APARCAMIENTO DE CABEZAS

Es un sistema que puede ser automático o manual a través del cual se protegen las cabezas contra los choques y vibraciones cuando el ordenador no se encuentra encendido. Este factor es muy importante en los ordenadores portátiles.

CONSUMO

Este factor puede ser determinante en los portátiles alimentados por baterías o en aquellos ordenadores cuya fuente de alimentación no tiene mucha potencia.

RESISTENCIA A LOS GOLPES

Se suele medir en "G", es decir, en valores de la fuerza de la gravedad. Este valor varía si el ordenador está en funcionamiento o apagado y depende del tipo de disco duro que se trate.

TIPO DE INTERFASE

Es importante saber si el sistema será compatible o no con el ordenador que estamos utilizando. Este hecho es mucho más importante cuando se desea conectar un segundo disco duro a una interfase ya existente en el ordenador.

Organización de discos duros

En una unidad de disco duro hay varios discos magnéticos colocados unos encima de otros, compartiendo un mismo eje central. Cada uno de los discos (o platos) está dividido de la misma forma que los disquetes, en pistas y sectores y dispone de dos cabezales de lectura/escritura, que trabajan en la cara superior e inferior del disco.

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Un brazo provisto de varias cabezas de lectura/escritura (para cada disco individual) se encarga de acceder a cada una de las pistas del disco, de modo que un cambio de pista se realiza simultáneamente en todos los discos.

Las pistas que están directamente unas sobre otras forman un cilindro. La importancia es que se puede tener el acceso a toda la información almacenada en uno sin mover el brazo que sostiene las cabezas de lectura y escritura. El movimiento de este brazo se llama desplazamiento. Este movimiento del brazo suele ser la parte más lenta de la lectura de información en un disco.

En un paquete de discos normal, los platos superior en inferior contribuyen con una superficie cada uno para formar el paquete y los demás platos contribuyen con dos superficies, de tal forma que el número de pistas por cilindro está en función del número de platos.

Puesto que un cilindro consiste en un grupo de pistas, una pista consiste en un grupo de sectores, y un sector en un grupo de bytes, las capacidades de pistas, cilindros y de las unidades de discos son:

Capacidad de Pista= número de sectores por pista * bytes por sector

Capacidad del Cilindro= número de pistas por cilindro * capacidad de la pista

Capacidad de la Unidad= número de cilindros * capacidad del cilindro

Costo de Acceso a Disco

Para dar una idea de los factores que intervienen en la suma total del tiempo necesario para acceder a un archivo que se encuentra en un disco fijo, se calcularán algunos tiempos de acceso. Un acceso a disco se puede dividir en tres operaciones físicas distintas, cada una de las cuales tiene un costo propio: tiempo de desplazamiento, retraso por rotación y tiempo de transferencia.

Tiempo de desplazamiento: Es el tiempo requerido para mover el brazo de acceso hasta el cilindro adecuado, lo cual depende de la distancia que tenga que recorrer el brazo.

El desplazamiento implica varias operaciones un tanto lentas. Entre las más importantes se consideran que el tiempo inicial de arranque s y el tiempo que toma recorrer cilindros que se deben cruzar una vez que el brazo de acceso adquiere su velocidad normal. Sea:

f(n)=m*n +s,

donde:

n=número de cilindros por atravesar

m= constante que depende de la unidad de disco

Como a menudo resulta imposible saber con exactitud cuántas pistas serán atravesadas en cada desplazamiento, normalmente se intenta determinar el tiempo promedio de desplazamiento requerido para una operación de archivo en particular.

Retraso por Rotación: Se refiere al tiempo que transcurre para que en el disco que gira el sector que sea quede bajo la cabeza de lectura y escritura. En promedio, el retraso de rotación es la mitad de una revolución y se mide en revoluciones por minuto.

Tiempo de Transferencia: Viene dado por la fórmula:

Tiempo número de bytes por transferir

de = ——————————————————— * Tiempo de rotación

transferencia número de bytes en una pista

Cintas Magnéticas

Las unidades de cinta magnética pertenecen a una clase de dispositivo que no brindan la facilidad del acceso directo, pero son muy buenas para el procesamiento secuencial de datos. Cuando se sabe que un archivo grande normalmente no requiere acceso directo, almacenarlo en cinta tiene ventajas. Las cintas son compactas, estables en diferentes condiciones ambientales y fáciles de almacenar y transportar. Además el espacio de la cinta generalmente es menos costoso que el del disco.

Organización de Datos en Cintas

Puesto que el acceso a las cintas es secuencial, no se requieren direcciones para identificar la ubicación de los datos. En una cinta la posición lógica de un byte dentro del archivo corresponde directamente con su posición física relativa al inicio del archivo. Se puede imaginar la superficie de una cinta común como un conjunto de pistas paralelas, cada una de las cuales es una secuencia de bits. Podemos imaginar un byte como una sección de cinta de un bit de ancho. Dicha sección se llama marco.

Una cinta común tiene nueve pistas, y una de ellas se emplea para la paridad. El bit de paridad no es parte del dato, sino que se usa para revisar la validez de los datos. Si está en vigor la paridad impar, este bit se usa para que el número de bits iguales a 1 del marco sea impar. La paridad par trabaja en forma similar, pero rara vez se usa en las cintas.

Los marcos se agrupan en bloques de datos cuyos tamaños varían entre unos cuantos bytes y muchos kilobytes. Como la lectura de las cintas con frecuencia se realiza de bloque en bloque, y éstas no pueden parar y arrancar instantáneamente, los bloques están separados por huecos entre bloques los cuales no contienen información.

Las cintas se presentan en una diversidad de formas, tamaños y velocidades. Las diferencias de desempeño entre las unidades normalmente se miden en términos de tres cantidades:

Densidad de la cinta
Velocidad de la cinta
Tamaño del hueco entre bloques

Estimación de requerimientos de longitud de cinta

Es común respaldar conjuntos de archivos de disco para protegerse contra la pérdida de información, las cintas son un buen recurso para lograrlo. ¿Cuánta cinta se necesita?

Para contestar esta pregunta primero se debe determinar qué es lo que ocupa espacio en la cinta. Existen dos contribuyentes especiales: los huecos entre bloques y los bloques de datos. Para cada bloque de datos hay un hueco entre bloques. Si se define

b = la longitud física de un bloque de datos,
g = la longitud de un hueco entre bloques, y
n = el número de bloques de datos,

entonces el requerimiento de espacio s para almacenar el archivo es:

s = n x (b+g)

El número de registros almacenados en un bloque físico se llama factor de bloque.

Estimación de los tiempos de transmisión de datos

El papel de desempeñan los huecos entre bloques y los tamaños de los bloques de datos en la determinación de la densidad de grabado efectiva, esos dos factores también afectan la tasa de transmisión de datos. Otros dos factores que afectan la tasa de transmisión de datos, desde o hacia la cinta son la densidad de grabado nominal y la velocidad con la que pasa la cinta por la cabeza de lectura y escritura, la tasa de transmisión de datos nominal.

tasa nominal = densidad de la cinta (bpi) x velocidad de la cinta (ips)

Aplicaciones de las cintas

Si la información debe estar corriente en todo momento, entonces el medio debe permitir el acceso directo, de tal forma que las actualizaciones individuales puedan hacerse de inmediato para ello están las cintas que es una tecnología relativamente barata, también es un buen medio para almacenar los datos fuera de línea. La cinta es buen medio para almacenar archivos y para transportar datos, mientras no se requiera que estén disponibles de inmediato para procesamiento directo.

Los discos Ópticos

Se basa en la utilización de un haz de láser para la lectura de la información, como ocurre en el caso de los discos ópticos musicales o compactos.

La principal característica de los discos ópticos es que la información se graba de forma secuencial como si fuera una cinta magnética, es decir, en una espira que comienza en el extremo interior (centro) del disco y acaba en el extremo externo. Las densidades que se logran son muy elevadas y rondan los 100 Mbytes por pulgada o lo que es lo mismo unas 15.000 pistas por pulgadas frente a las 9 pistas por pulgada de los discos flexibles. Además de la alta capacidad, los discos ópticos presentan algunas ventajas adicionales como su fiabilidad, su resistencia relativa a los arañazos, a la suciedad, y a los efectos de los campos magnéticos, etc. El problema de los discos ópticos es que, como ocurre con los discos de audio. deben venir grabados de fábrica siendo inalterable su contenido. Por ello se llaman CD-ROM (Disco Compacto- Memoria de Sólo Lectura). Además, como la información viene en forma secuencial, los tiempos de acceso a los datos son muy elevados.

La información está contenida en el disco en forma de huecos que se producen en el disco master y que se transfieren a las copias por medios mecánicos durante el proceso de fabricación. La lectura se basa en la dispersión o no del haz láser que incide sobre la superficie del disco. Los discos ópticos han evolucionado también en los últimos años y hay otros dispositivos basados en tecnología láser que permiten otros medios de operación. La clasificación general es la siguiente:

Tipos de Discos Ópticos:

CD-ROM: La información de estos discos debe viene grabada de fábrica y es inalterable por el usuario. El principal problema que tienen estos dispositivos es que si un determinado usuario quiere tener un disco de este tipo con información de su exclusivo interés tiene que recurrir a un fabricante para que le grabe el disco.
CD-R: De una escritura múltiples lecturas, WORM. Este sistema es versátil para el usuario, ya que permite grabar un disco virgen por una única vez y luego leerlo múltiples veces. Se basa en dos haces láser, uno de alta potencia que se utiliza para grabar la información en el disco virgen y otro de baja que sirve para recuperar la información una vez grabada. Estos sistemas son algo más caros pero evitan que el usuario dependa de los fabricantes de discos para poder grabar la información que necesita.
CD-RW: De múltiples lecturas y escrituras, WM RM. Su funcionamiento se basa en el cambio de las propiedades ópticas de un material especial que es sensible a los campos magnéticos. Como es lógico pensar, algunas de las ventajas disponibles con el uso de los discos ópticos puros se pierden con este tipo de dispositivos, ya que en ocasiones pueden ser sensibles a los campos magnéticos de alta intensidad. Este medio de almacenamiento permite que la lectura también se realice mediante sistemas láser, por lo que la información contenida en el disco es permanente por no rozar la cabeza de lectura sobre la superficie del disco. La principal ventaja de este tipo de disco radica en la posibilidad de actualizar la información contenida en él todas las veces que sea necesario.

Características básicas:

El disco de un CD-ROM está fabricado sobre un substrato de policarbonato, que le confiere una gran flexibilidad y robustez, en el cual se graban una serie de pequeños hoyos ya definidos. El substrato está recubierto por una lámina reflectante de aluminio. Por último, se baña el disco con una laca protectora y se ponen las etiquetas del fabricante.

Sus dimensiones físicas son las siguientes:

120 milímetros de diámetro total.
15 milímetros de diámetro del agujero central.
1'2 milímetros de grosor.

El disco contiene una pista en espiral que empieza en el centro del disco y termina en la parte exterior del mismo. Esta pista tiene una anchura de unas 0,6 micras (0,0000006 metros), estando separadas las vueltas adyacentes 1,6 micras (0,0000016 metros). Todo esto nos da una idea de la densidad del disco: aproximadamente 6.300 pistas por centímetro. Si se extendiese la pista en espiral a lo largo de una línea recta, la longitud total de la misma se aproximaría a los 5 km.

Organización de la información.

Los CDs en general poseen una pista en espiral a lo largo de todo el disco, estando su estructura dividida en sectores lineales consecutivos de la misma longitud, por lo que sus tiempos de acceso se alargan de forma considerable con respecto a un disco magnético, dado que la búsqueda tiene que efectuarse a lo largo de toda la espiral.

Los datos se almacenan dentro la pista en espiral, la cual tiene numerosos agujeros en toda su longitud. Estos agujeros, denominados también hoyos o, empleando la terminología inglesa, pits, tienen una profundidad que pueden alcanzar hasta 0'12 micras (0'00000012 metros) y 0'6 micras de anchura. Entre los agujeros existen zonas planas también denominadas mesetas o lands.

La pista en espiral donde se encuentran los datos, está dividida en sectores de la misma longitud. Empezando desde el interior del disco hacia el exterior, se van numerando los sectores de forma correlativa: sector 0, sector 1, sector 2, etc.

En los Discos Ópticos de datos existen bytes destinados a la detección y corrección de errores. La seguridad de los datos almacenados es un elemento fundamental cuando se trabaja con un ordenador. En un Compact Disc de audio o vídeo, la existencia de un bit incorrecto prácticamente no puede apreciarse a la hora de la reproducción (el oído y el ojo humano son muy tolerantes ante fallos de este calibre) y, por tanto, carece de importancia práctica. En un CD donde se almacenan datos no puede considerarse como admisible. Es por ello por lo que se dedican estos bytes a proteger los datos que son considerados importantes.

Capacidad de almacenamiento.

Los CDs contienen espirales divididas en 270.000 sectores y con una duración de 60 minutos, si bien es verdad que se puede llegar a los 333.000 sectores, con una duración de 74 minutos. Esta diferencia de 14 minutos se ubica en el borde exterior del disco.

La capacidad de almacenamiento de un CD puede ser variable, dependiendo del número de sectores que posea el disco y de si se emplean los espacios reservados para la detección y corrección de errores para almacenar datos o no. Por ejemplo, un disco con 270.000 sectores y con 2.048 bytes de datos corregidos por sector, llegará a almacenar un total de 552.960.000 bytes.

Al proporcionar datos acerca de la capacidad de almacenamiento de los CDs se suele redondear esta cifra a 552 MBytes o bien se divide por 1.024 bytes (1 kByte), dando como resultado 540 MBytes. Si se divide entre 1.048.576 bytes (1 MByte), resulta una capacidad de almacenamiento de 572 MBytes sometidos a corrección de errores. Puede darse el caso de que se utilicen los espacios reservados para los códigos de detección y corrección de errores, a fin de almacenar datos, con lo que la capacidad de almacenamiento puede aumentar hasta la cifra de 601 MBytes.

Si se emplean los 333.000 sectores del disco, haciendo una operación análoga, se puede alcanzar una cifra de 650 MBytes sometidos a corrección de errores; ó 724 MBytes, si no se emplean los espacios reservados a la corrección de errores.

Lectura de datos.

El dispositivo de lectura para un CD consiste básicamente en un láser de baja potencia (de arseniuro de galio), que lanza un rayo hacia la superficie del disco y detecta los hoyos y las mesetas de éste. Hay que señalar que la lectura de la información se efectúa por la parte trasera del disco a través del substrato de policarbonato. La diferencia entre un hoyo y una meseta estriba en que una meseta refleja la luz láser recibida, mientras que los hoyos la dispersan. Mediante un mecanismo óptico, la luz reflejada es dirigida hacia un fotodiodo que capta las variaciones recibidas.

Para que los datos inmersos en un CD puedan ser leídos correctamente, los bits han de pasar a velocidad constante por la cabeza lectora. Con ello, se obtiene una velocidad de transferencia de datos de 150 kbps, equivalente a una velocidad de lectura de datos de 75 sectores por segundo. Esto no quiere decir que el disco tenga que girar a una velocidad constante. Por otro lado, como es sabido, la velocidad angular de un disco varía en función de la distancia al centro del mismo. El extremo más alejado del centro gira a mayor velocidad que el más cercano a éste. Dado que las longitudes de los sectores de un CD-ROM son idénticas, para conseguir que los bits de la pista pasen por la cabeza lectora a la misma velocidad, se habrá de variar la velocidad de giro del disco en función de la distancia a la que se encuentre la cabeza lectora del centro. Cuanto más alejada del centro se encuentre la cabeza lectora, más lento habrá que hacer girar el disco. Por el contrario, cuanto más nos aproximemos al centro del disco más aumentará la velocidad de rotación. Si se mantuviese una velocidad de giro constante ocurriría que en el borde más alejado del centro del disco, al tener una velocidad angular superior, los sectores (y, por tanto, los bits), pasarían a una velocidad muy superior a los del centro y, en consecuencia, se producirían errores en la lectura, ya que los bits no pasarían a una velocidad constante por la cabeza lectora.

La cabeza lectora para acceder a la información se sitúa alejada del disco (a un milímetro), tanto el disco como la cabeza lectora no sufren desgaste alguno, a la vez que se hace prácticamente imposible el que dicha cabeza se rompa. Esto da al CD una extraordinaria fiabilidad en su utilización.

Unidades DVD.

Los discos DVD se destacan por su altísima capacidad de almacenamiento: desde 4.7 a 18 GB, que permiten almacenar dos horas de vídeo de alta calidad, con pistas de datos y sonido estéreo. Además, el formato de los datos, la tecnología de lectura / escritura y el software correspondiente es el mismo para los DVD destinados a soporte de películas para televisión, es decir, los DVD podrán usarse indistintamente en la pantalla de televisión y el monitor del ordenador. Para terminar, DVD es compatible hacia atrás, de forma que no tendrá ningún problema para leer discos en formato CD. La presión de la industria del cine ha tenido una influencia decisiva, no sólo en el hecho de que empresas competidoras hayan llegado a un acuerdo, sino en las especificaciones técnicas del producto. En efecto, una película tiene una duración aproximada de 135 minutos, lo que requiere con compresión, una capacidad de 3500 KB/s, aproximadamente. El sonido requiere por su parte 384 KB/s y un disco DVD tendrá tres pistas para tres idiomas diferentes. Se han previsto también cuatro pistas para subtítulos en otros tantos idiomas. En total, es necesario almacenar aproximadamente 4700 KB /s, que en 135 minutos de película hacen 4.7 GB, que es la capacidad prevista para las unidades DVD. Para conseguir esto, se usará una mayor densidad de grabación, gracias a láseres de menor longitud de onda.

Un disco CD-ROM actual tiene un espesor de 1.2 mm. La especificación DVD de 4.7 GB tiene el mismo espesor y usa un único substrato de grabación. Pero puede reducirse a la mitad el espesor de substrato, y usar dos de ellos unidos por una capa adhesiva, lo que permite leer por las dos caras. Esto aumentará la capacidad hasta los 9.4 GB.

Sistema de almacenamiento masivo (RAID)

¿Que es RAID?

RAID es una forma de almacenar los mismos

datos en distintos lugares; en múltiples discos duros. Al colocar los datos en discos múltiples, las operaciones input/output pueden superponerse de un modo equilibrado, mejorando el rendimiento del sistema.

Un RAID, para el sistema operativo, aparenta ser un sólo disco duro lógico. El RAID emplea la técnica conocida como "striping" (bandeado o creación de bandas)

Funcionamiento del RAID

Básicamente el RAID es un sistema el cual permite almacenar información en una cantidad de discos (n), de tal forma que agilice el proceso maquina-disco.

El sistema RAID evitará en lo más posible la pérdida de data de la siguiente manera: Los discos optimizados para RAID poseen circuitos integrados que detecta si el disco está fallando, de ser así este circuito se encargará por encima del tiempo real de sacar la información y almacenarla en los otros discos, o si es el caso en el "hot spare" (es un disco que permanece siempre en el sistema esperando a que otro se estropee y él entre directamente en funcionamiento).

VENTAJAS:

Una de las ventajas del sistema RAID es la posibilidad, con los discos hot swap, de conectarlos y desconectarlos en "caliente"(si un disco falla no hará falta el apagar el sistema para remplazarlo).
Reconstrucción y Regeneración.- Cuando un disco falla la información redundante en los discos y los datos en los discos buenos son usados para regenerar la información de disco averiado.
La lectura y escritura es compartida
Rendimiento general del sistema aumenta ya que pueden funcionar de forma paralela con los diferentes discos del conjunto.
Dependiendo del nivel de RAID que escojamos, si uno de los discos del conjunto falla, la unidad continúa funcionando, sin pérdida de tiempo ni de datos.

Arreglos paralelos e independientes :

Arreglos paralelos: son aquellos en que cada disco participa en todas las operaciones de entrada/salida. Ofrece tasas altísimas de transferencia un arreglo paralelo accederá sólo un archivo a la vez pero lo hará a muy alta velocidad. Los RAID de niveles 2 y 3 se implementan con arreglos paralelos.

Arreglos independientes: son denominados así aquellos arreglos en los cuales cada disco integrante opera en forma independiente ofrece operaciones de entrada/salida sumamente rápidas. Los niveles 4 y 5 de RAID se implementan con arreglos independientes, mientras que los niveles 0 y 1 pueden ser implementados por cualquiera de las categorías

NIVELES DE RAID

La elección de los diferentes niveles de RAID va a depender de las necesidades del usuario en lo que respecta a factores como seguridad, velocidad, capacidad, costo, etc. Resulta frecuente el uso de varios niveles RAID para distintas aplicaciones del mismo servidor. Oficialmente existen siete niveles diferentes de RAID (0-6). Luego existen las posibles combinaciones de estos niveles. Los niveles RAID 0, 1, 0+1 y 5 son los más populares.

RAID 0: También conocido como "separación ó fraccionamiento/ Striping". Los datos se desglosan en pequeños segmentos y se distribuyen entre varias unidades. Este nivel de "array" no ofrece tolerancia al fallo; es decir los datos pueden perderse.

RAID 1: También llamado "Mirroring" es una Creación de discos en espejo, utiliza discos adicionales sobre los que se realiza una copia en todo momento de los datos que se están modificando. Es una alternativa costosa para los grandes sistemas, ya que las unidades se deben añadir en pares para aumentar la capacidad de almacenamiento. Se necesita un mínimo de dos unidades para implementar una solución RAID 1.

RAID 0+1/ RAID 0/1 ó RAID 10: Combinación de los arrays anteriores que proporciona velocidad y tolerancia al fallo simultáneamente. El nivel de RAID 0+1 fracciona los datos para mejorar el rendimiento, pero también utiliza un conjunto de discos duplicados para conseguir redundancia de datos. Es una variedad de RAID híbrida. La principal desventaja es que requiere un mínimo de cuatro unidades y sólo dos de ellas se utilizan para el almacenamiento de datos.

RAID 2: adapta la técnica comúnmente usada para detectar y corregir errores (error checking and correcting, ECC) en memorias de estado sólido.

RAID 3: ofrece altas tasas de transferencia, alta fiabilidad y alta disponibilidad, a un costo intrínsicamente inferior que un RAID 1. Sin embargo, su rendimiento de transacción es pobre porque todos los discos del conjunto operan al unísono. Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID 3.

RAID 4: Basa su tolerancia al fallo en la utilización de un disco dedicado a guardar la información calculada a partir de los datos guardados en los otros discos. En caso de avería de cualquiera de las unidades de disco, la información se puede reconstruir en tiempo real mediante la realización de una operación lógica. Debido a su organización interna, este RAID es especialmente indicado para el almacenamiento de ficheros de gran tamaño, lo cual lo hace ideal para aplicaciones gráficas donde se requiera, además, fiabilidad de los datos. Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID 4.

RAID 5: Este array ofrece tolerancia al fallo, pero además, optimiza la capacidad del sistema permitiendo una utilización de hasta el 80% de la capacidad del conjunto de discos. La información del usuario se graba por bloques y de forma alternativa en todos ellos. De esta manera, si cualquiera de las unidades de disco falla, se puede recuperar la información en tiempo real, sobre la marcha, mediante una simple operación de lógica sin que el servidor deje de funcionar. Al distribuir la función de comprobación entre todos los discos, se disminuye el cuello de botella y con una cantidad suficiente de discos puede llegar a eliminarse completamente, proporcionando una velocidad equivalente a un RAID 0. RAID 5 es el nivel de RAID más eficaz y el de uso preferente para las aplicaciones de servidor básicas para la empresa. Ofrece la mejor relación rendimiento-costo Este nivel de array es especialmente indicado para trabajar con sistemas operativos multiusuarios. Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID 5.

RAID 6: Similar al RAID 5, pero ofrece tolerancia extremadamente alta a los fallos y a las caídas de disco, ofreciendo dos niveles de redundancia. Hay pocos ejemplos comerciales en la actualidad, ya que su costo de implementación es mayor al de otros niveles RAID

TIPOS DE TECNOLOGÍA RAID

Existen dos tipos de tecnología RAID: basada en software y basada en hardware.

A su vez, el RAID basado en hardware puede ser basado en host o RAID externo.

La ventaja de los RAID basados en hardware es su independencia de la plataforma ya que son vistos por éste como un gran disco duro más, y además son mucho más rápidos. Los sistemas RAID software no son implementaciones adecuadas en la mayoría de los casos, y cada vez son menos empleados.

El software RAID puede ser una opción apropiada cuando el factor de decisión es el coste inicial. software RAID pueden ser la opción más cara a largo plazo

Fuentes

Bibliografía

Folk J. M.; Zoellick B., ESTRUCTURAS DE ARCHIVOS, 1992,Addison-Wesley Iberoamericana

Realizado por:

Jorge Luis García Romero

Estudiante de Ingenieria de Sistemas

15/05/05