5. Dispositivos de Almacenamiento.

1
5. Dispositivos de Almacenamiento.

• Dispositivos de almacenamiento magenético.
• Estructura de disquete.
• Estructura de disco duro.
• Evolución histórica.
• Evolución Tecnológica.
• Dispositivos de almacenamiento óptico.

5. Dispositivos de almacenamiento.
2
5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.

• Estructura de disquete.
• Organización de la información en pistas,
  sectores y caras.
• 1 pista tiene un número constante de sectores -gt
  Diferente concentración.
• 1 sector 512 bytes -gt unidad mínima de
  almacenamiento.
• Capacidad de disquete nº pistas x nº sectores x
  512 bytes x 2 caras.
• Tasa de transferencia nº de sectores x pista.

sector 1
pista 0
pista 1
pista N (N es el número de sectores 1)
5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
3

• Estructura de disco duro.
• Tasa de transferencia de HD 10 x tasa de
  transferencia disquete -gt velocidad de giro
  mayor.
• 100 sectores por pista en discos modernos.
• Externamente
• Fuente de alimentación.
• Ventilador.
• Interfaz conexión PC.
• Indicadores leds.
• Internamente
• Alimentación 5 V -gt circuitos controladores, 12
  V -gt motores.
• Interfaz de conexión con PC Microcontrolador
  (8255).
• Disco duro.

5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
4

• Estructura de disco duro (I).
• Discos (Platters).
• Aleación de vidrio, cerámica, aluminio capa
  metálica.
• Velocidad de giro 3600, 7200 rpm.
• 2 caras (0 y 1), una de ellas usualmente para
  control y la otra para datos.
• Cabezas (Heads).
• Apiladas.
• Cabeza lectura/escritura en cada cara.
• 1 ó más cabezas por cara -gt reducción de la
  distancia de desplazamiento.
• No tocan el disco -gt cojín de aire.
• Cabeza Bobina de hilo -gt accionado según campo
  magnético produciendo corriente.
• Eje.

5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
5

• Estructura de disco duro (II).
• Actuador (Actuator).
• Motor que mueve la estructura de cabezas (Head
  Stack Assembly) HSA.
• Cilindros (Cylinders).
• 2 pistas (cara 0 y 1) -gt 1 cilindro.
• 2 pistas x M discos -gt 1 cilindro.
• Pistas (Stacks).
• Aprox. 10.000, 1,74 Gbits/pulgada2.
• Sectores (Sectors).
• 512 bytes
• Cluster.
• Agrupación de sectores.

5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
6

• Estructura de disco duro (III).
• Direccionamiento de sectores, Cylinder Head
  Sector (CHS)
• El S.O. se encarga de agrupar los sectores
  formando clusters -gt unidad mínima que el S.O. es
  capaz de direccionar.
• Conversión CHS - LBA (Logical Block Addressing)
• LBA (Cilindro x nº de cabezas Cabeza) x
  Sector/Pista (Sector -1)
• La BIOS utiliza la función Identify para saber
  en el arranque la capacidad del disco y lo pasa
  al HD en formato CHS.
• Interfaz de conexión ATA/ATAPI (IDE) (I).
• 1990 -gt ANSI -gt estándar ATA (Advanced
  Technology Attachment, Anexo de Tecnología
  Avanzada)
• IDE -gt Integrated Disk Electronic.
• EIDE -gt Enhanced IDE.
• ATAPI -gt ATA Packet Interface.

5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
7

• Interfaz de conexión ATA/ATAPI (IDE) (II).
• IDE -gt sucesora ST506/412 -gt 1ª interfaz de
  discos duros.
• 528 MB -gt cilindros 1024, cabezales 16,
  sectores 63, capacidad sector 512 bytes.
• 8,4 GB (de 16 a 255 cabezales).
• int 13h (BIOS).
• 1 tarjeta controladora IDE -gt 2 HD
  (maestro/esclavo) y 2 disquetes.
• Tiempo medio de acceso, TA TS TR TX.
• Movimientos de cabezas TS, tiempo de búsqueda o
  localización.
• Teniendo en cuenta la inercia TS n x TC x TH.
• n -gt nº de cilindros a pasar.
• TC -gt tiempo de paso entre cilindros
  consecutivos.
• TH -gt tiempo relacionado con la inercia del
  cabezal.

5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
8

• Búsqueda de sector TR, tiempo de latencia o
  demora de rotación.
• Tiempo de transmisión TX, para lectura o
  escritura.
• En discos magnéticos flexibles hay que tener en
  cuenta el tiempo de arranque del motor, TM.
• Ej. Tiempos HD TC 0,1 0,3 ms.TH 3 20 ms.
• Grabación de información en sectores
• Basado en cambios de flujos
• FM (Frequency Modulation) cambios de flujo para
  1, no cambios de flujo para 0.
• Inconveniente cada bit de datos implica uno o
  dos cambios de flujo. Esto reduce a la mitad la
  capacidad del HD.
• MFM (Modified FM) 1 se graba un pulso único, 0
  se desfasa cambio de flujo.

5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
9
1
0
1
1
0
0
1
0
FM
T
T
T
T
T
T
T
T
MFM

• RLL (Run Length Limited) 1 cambio de flujo, 0
  ausencia de cambio de flujo. Restricciones no
  puede haber muchos unos seguidos ni muchos ceros
  seguidos. Para subsanar estos problemas se
  introduce una codificación mediante patrones (RLL
  2,7 y RLL 3,9).
• Ej Patrón de bits a guardar Código
• 11
  1000Mejora un 50. Es implementado en
  discos duros que siguen el estándar IDE. ST-506.

5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
10

• Manejo de errores
• Errores de programación petición de acceso a
  sectores inexistentes.
• Errores de tránsito de datos CRC.
• Errores permanentes superficie magnética dañada
  gt identificación de superficie dañada en FAT.
• Errores de localización.
• Error del controlador.

5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
11

• Evolución histórica (I)
• Década 1950s IBM plantea el problema de
  transferencia de datos desde su central en la
  costa este hasta su centro en San José
  (California).
• Enero 1953 Requerimientos 800 micras entre
  cabeza y disco. Estado actual de los discos
  planos 20000 micras a 1200 rpm.
• Febrero 1954 Éxito al pasar de tarjetas
  perforadas a discos.
• Septiembre 1956 Aparece el IBM 350 que
  implementa el sistema RAMAC Random Access Method
  of Accounting and Control. Características
• Capacidad 5 millones de caracteres de 7 bits.
• Electrónica tubos de vacío.
• Discos de aluminio de 60 cm recubiertos con óxido
  de hierro.
• Tamaño el de un frigorífico con 1 Tm de peso.
• Coste 189.950 .

5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
12

• Evolución histórica (II)
• En 1967, el equipo de investigación de San José
  liderado por Alan Shugart, realiza estudios para
  disquete. Un ingeniero del equipo, David Noble
  propone el disco de 8 pulgadas con camisa
  protectora de tela, conocido como floppy.
• 1969 Shugart deja IBM llevándose más de 100
  ingenieros a la empresa Memorex.
• 1971 IBM introduce el primer disco de memoria
  (memory disk) de 8 pulgadas.
• 1973 Shugart deja Memorex, se lleva a muchos
  ingenieros y crea Shugart Associates para
  desarrollar discos flexibles. Crea la interfaz
  que se popularizará por IBM.
• 1974 Shugart quiere introducir procesadores y
  discos de flexibles en sistemas completos. Los
  socios de Shugart quieren centrarse en el disco
  floppy. Despiden a Shugart. Wang Laboratories
  solicita el disco de 5¼ y Shugart Associates lo
  fabrica.

5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
13

• Evolución histórica (III)
• En 1979 La empresa Finis Conner sontrata a
  Shugart para fabricar floppies de 5¼, creando la
  entidad Seagate Technology y dando lugar al disco
  duro de 6 MB con interfaz de comunicación,
  conocido como ST-506.
• 1981 Sony saca al mercado el dico flexible de 3½
  aceptado por APPLE, IBM y HP.
• 1981 Aparición del ST-412 con búsqueda
  prealmacenada. Consitituye el formato IDE
  (Integrated Drive Electronics), el cual es
  estandarizado por el organismo ANSI en 1990, con
  el nombre ATA (Advanced Technology Attachment).
  Se trata de un disco duro con controlador
  integrado en la pletina y que implementa técnicas
  de verificación activa de errores.
• 1995 EIDE (incluye controladora de CD-ROM).
  Estandarizado como ATAPI (Advanced Technology
  Attachment Packect Interface).

5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
14
Evolución Tecnológica

• El sistema IDE (Integrated Device Electronics,
  "Dispositivo con electrónica integrada") o ATA
  (Advanced Technology Attachment,) controla los
  dispositivos de almacenamiento masivo de datos,
  como los discos duros y ATAPI (Advanced
  Technology Attachment Packet Interface) y además
  añade dispositivos como las unidades CD-ROM.
• En el sistema IDE el controlador del dispositivo
  se encuentra integrado en la electrónica del
  dispositivo. Las diversas versiones de sistemas
  ATA son
• Paralell ATA (algunos estan utilizando la sigla
  PATA)
• ATA-1
• ATA-2, soporta transferencias rápidas en bloque
  y multiword DMA.
• ATA-3, es el ATA2 revisado.
• ATA-4, conocido como Ultra-DMA o ATA-33 que
  soporta transferencias en 33 MBps.
• ATA-5 o Ultra ATA/66, originalmente propuesta
  por Quantum para transferencias en 66 MBps.
• ATA-6 o Ultra ATA/100, soporte para velocidades
  de 100MBps.
• ATA-7 o Ultra ATA/133, soporte para velocidades
  de 133MBps.
• Serial ATA, remodelación de ATA con nuevos
  conectores (alimentación y datos), cables,
  tensión de alimentación y conocida por algunos
  como SATA.

5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico.
15
Evolución Tecnológica

• Las controladoras IDE casi siempre están
  incluidas en la placa base, normalmente dos
  conectores para dos dispositivos cada uno. De los
  dos discos duros, uno tiene que estar como
  esclavo y el otro como maestro para que la
  controladora sepa a/de qué dispositivo
  mandar/recibir los datos. La configuración se
  realiza mediante jumpers. Habitualmente, un disco
  duro puede estar configurado de una de estas tres
  formas
• Como maestro ('master'). Si es el único
  dispositivo en el cable, debe tener esta
  configuración, aunque a veces también funciona si
  está como esclavo. Si hay otro dispositivo, el
  otro debe estar como esclavo.
• Como esclavo ('slave'). Debe haber otro
  dispositivo que sea maestro.
• Selección por cable (cable select). El
  dispositivo será maestro o esclavo en función de
  su posición en el cable. Si hay otro dispositivo,
  también debe estar configurado como cable select.
  Si el dispositivo es el único en el cable, debe
  estar situado en la posición de maestro. Para
  distinguir el conector en el que se conectará el
  primer bus Ide (Ide 1) se utilizan colores
  distintos.

5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico.
16
Evolución Tecnológica
Este diseño (dos dispositivos a un bus) tiene el
inconveniente de que mientras se accede a un
dispositivo el otro dispositivo del mismo
conector IDE no se puede usar. En algunos chipset
(Intel FX triton) no se podría usar siquiera el
otro IDE a la vez. Este inconveniente está
resuelto en S-ATA y en SCSI, que pueden usar dos
dispositivos por canal. Los discos IDE están
mucho más extendidos que los SCSI debido a su
precio mucho más bajo. El rendimiento de IDE es
menor que SCSI pero se están reduciendo las
diferencias. El UDMA hace la función del Bus
Mastering en SCSI con lo que se reduce la carga
de la CPU y aumenta la velocidad y el Serial ATA
permite que cada disco duro trabaje sin
interferir a los demás. De todos modos aunque
SCSI es superior se empieza a considerar la
alternativa S-ATA para sistemas informáticos de
gama alta ya que su rendimiento no es mucho menor
y su diferencia de precio sí resulta más
ventajosa.
5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico.
17
Evolución Tecnológica
5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico.
18
Evolución Tecnológica
IDE (Integrated device Electronics) o ATA
(Advanced Technology Attachment)
Conectores IDE
Interface SATA ( Serial ATA )
5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico.
19
Evolución Tecnológica
SCSI, acrónimo inglés Small Computer System
Interface, es un interfaz estándar para la
transferencia de datos entre distintos
dispositivos en el bus de la computadora. Para
montar un dispositivo SCSI en un ordenador es
necesario que tanto el dispositivo como la placa
madre dispongan de un controlador SCSI. Es
habitual que el dispositivo venga con un
controlador de este tipo, pero no siempre es así,
sobre todo en los primeros dispositivos. Se
utiliza habitualmente en los discos duros y los
dispositivos de almacenamiento sobre cintas, pero
también interconecta una amplia gama de
dispositivos, incluyendo scanners, unidades
CD-ROM, grabadoras de CD, y unidades DVD. De
hecho, el estándar SCSI entero promueve la
independencia de dispositivos, lo que significa
que teóricamente cualquier cosa puede ser hecha
SCSI (incluso existen impresoras que utilizan
SCSI). En el pasado, era muy popular entre todas
las clases de ordenadores. Actualmente sigue
siendo popular en lugares de trabajo de alto
rendimiento, servidores, y periféricos de gama
alta. Los ordenadores de sobremesa y los
portátiles utilizan habitualmente las interfaces
más lentas de IDE para los discos duros y USB (el
USB emplea un conjunto de comandos SCSI para
algunas operaciones) así como Firewire a causa de
la diferencia de coste entre estos
dispositivos. Se está preparando un sistema SCSI
en serie, denominado Serial Attached SCSI o SAS,
que además es compatible con SATA, dado que
utiliza el mismo conector, por lo tanto se podrán
conectar unidades SATA en una controladora SAS.
5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico.
20
Evolución Tecnológica

• Tipos de SCSI
• SCSI 1 Bus de 8 bits. Velocidad de transmisión de
  datos a 5 Mbps. Su conector genérico es de 50
  pins (conector Centronics) y baja densidad. La
  longitud máxima del cable es de seis metros.
  Permite hasta 8 dispositivos (incluida la
  controladora), identificados por las direcciones
  0 a 7.
• SCSI 2 Fast Con un bus de 8, dobla la velocidad
  de transmisión (de 5 Mbps a 10 Mbps). Su conector
  genérico es de 50 pins y alta densidad. La
  longitud máxima del cable es de tres metros.
  Permite hasta 8 dispositivos (incluida la
  controladora), identificados por las direcciones
  0 a 7.
• Wide Dobla el bus (pasa de 8 a 16 bits). Su
  conector genérico es de 68 pins y alta densidad.
  La longitud máxima del cable es de tres metros.
  Permite hasta 16 dispositivos (incluida la
  controladora), identificados por las direcciones
  0 a 15.

5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico.
21
Evolución Tecnológica

• SCSI 3 1.- SPI SCSI 3 (Parallel Interface o
  Ultra SCSI).
• 1.1.-Ultra Dispositivos de 8 bits con velocidad
  de ejecución de 20 Mb/s. Su conector genérico es
  de 50 pins y alta densidad. La longitud máxima
  del cable es de tres metros. Admite un máximo de
  8 dispositivos. También se conoce como Fast 20 o
  SCSI-3.
• 1.2.-Ultra Wide Dispositivos de 16 bits con
  velocidad de ejecución de 40 Mb/s. Su conector
  genérico es de 68 pins y alta densidad. La
  longitud máxima del cable es de 1,5 metros.
  Admite un máximo de 15 dispositivos. También se
  conoce como Fast SCSI-3.
• 1.3.-Ultra 2 Dispositivos de 16 bits con
  velocidad de ejecución de 80 Mb/s. Su conector
  genérico es de 68 pines y alta densidad. La
  longitud máxima del cable es de doce metros.
  Admite un máximo de 15 dispositivos.

22
Evolución Tecnológica

• 2.-Firewire (IEEE 1394).
• 3.- SSA Serial Storage Arquitecture. De IBM. Usa
  full-duplex con canales separados.
• 4.- FC-AL Fibre Channel Arbitrated Loop. Usa
  cables de fibra óptica (hasta 10 km) o coaxial
  (hasta 24 m). Con una velocidad máxima de
  100Mbps.
• Características de SCSI Utilizan CCS (Command
  Common Set). Es un conjunto de comandos para
  acceder a los dispositivos que los hacen más o
  menos compatibles.
• SCSI 1, SCSI2 y SCSI 3.1(SPI) conectan los
  dispositivos en paralelo. SCSI 3.2(Firewire),
  SCSI 3.3(SSA) y SCSI 3.4(FC-AL) conectan los
  dispositivos en serie.
• Hacen falta terminadores (jumpers, por BIOS,
  físicos) en el inicio y fin de la cadena.
• Número máximo de dispositivos La controladora
  cuenta como un dispositivo (identificador 7, 15)
  BUS Dispositivos Identificadores Conector 8 bits
  7 Del 0 al 6 50 pins 16 bits 15 Del 0 al 14 68
  pins