Tema 6 – Sistemas de almacenamiento externo. Tipos. Características y funcionamiento.

T6. Sistemas de Almacenamiento Externo. Tipos Características y Funcionamiento.

1. Introducción

· La información necesita de un medio material que la sustente. A estos medios materiales capaces de guardar información se les conoce como sistemas de almacenamiento.

· Jerarquía de la memoria: Las CPU’s se construyen con circuitos integrados muy rápidos, lo que obliga a tener que disponer de memorias rápidas, sin embargo, las memorias rápidas son de pequeña capacidad por su elevado precio. Todo esto obliga a organizar la memoria según una estructura de niveles en la que los niveles más altos (más cercanos a la CPU) son más rápidos pero de pequeño tamaño, y los niveles más bajos son de un gran tamaño pero con un tiempo de acceso elevado. Los niveles se podrían dividir en Registros de la CPU, Cachés, Memoria principal, Disco duro magnético y auxiliares como Cintas de Backup, CDs/DVDs, Memoria flash, etc. En este tema nos centraremos en los 2 últimos niveles.

2. Características Básicas de los Dispositivos de Memoria

· Dos operaciones básicas: lectura (dirección) y escritura (dirección e información)

· Requisitos:

o Medio o soporte que almacene 2 estados diferentes.

o Transconductores capaces de generar la energía necesaria para la grabación y lectura.

o Mecanismos de direccionamiento que permitan seleccionar un punto específico de la memoria.

o Se debe poder pasar de un estado a otro en cualquier momento

o Se debe poder detectar el estado existente en cualquier momento.

· Características:

o Volátiles o No Volátiles: Si la información desaparece cuando se deja de suministrar energía (semiconductores) o no (discos magnéticos).

o Con refresco/estáticos: Aunque la memoria esté alimentada la información se va degradando paulatinamente por lo que debe refrescarse periódicamente.

o De sólo lectura: No se puede grabar, solo se puede leer su contenido.

3. Tipos y Funcionamiento

La práctica totalidad de los dispositivos de memoria secundaria se basan en el principio de grabación magnética o en los de grabación óptica.

3.1. Discos Magnéticos

· Existen dos medios típicos para grabación magnética: los medios flexibles (disquetes) y los medios duros (discos duros).

· Se deposita una pequeña capa de material magnetizable sobre un soporte (rígido o flexible)

· Memorias dinámicas: Los dispositivos de almacenamiento externo suelen ser memorias dinámicas, entendiendo como tal las que el punto de memoria, el propio transconductor o ambos, se desplazan.

· Cada celda puede estar en tres situaciones: Sin magnetizar, magnetizada con polarización norte o magnetizada con polarización sur

· Escritura: se hace pasar una corriente eléctrica por la cabeza del transductor. Esta corriente induce un campo magnético, de forma que, si se pasa un material susceptible de ser magnetizado por la cercanía de éste campo, la zona afectada quedará magnetizada. Invirtiendo el sentido de la corriente se invierte el sentido del campo y, por tanto, el sentido de magnetización del soporte.

· Lectura: Por medio de otro devanado y un amplificador-sensor. Si se mueve delante de la cabeza el soporte magnetizado, el flujo magnético variable inducirá sobre el bobinado del transductor una fuerza electromotriz (tensión). Esta tendrá una polaridad (+ ó -, respecto de tierra) que vendrá determinada por el estado de magnetización (S o N) y el sentido de arrollamiento de la bobina.

· Este funcionamiento básico ha sido mejorado desde hace ya varios años usando las tecnologías conocidas como de efecto Magneto-Resistivo y de efecto Magneto-Resistivo Gigante (GMR), que permiten usar cabezales con mejor relación señal/ruido que los de tipo inductivo separando los de lectura de los de escritura, permiten aumentar la velocidad de rotación y la densidad de almacenamiento. Estas tecnologías utilizan un elemento lector que cambia su valor de resistencia eléctrica en presencia del campo magnético originado por los bits almacenados en el disco. Los sensores GMR son los utilizados actualmente y tienen una mayor sensibilidad a los campos magnéticos, lo que permite aumentar la densidad de grabación llegando a discos de 500GB en la actualidad.

· Discos duros:

o Principal soporte utilizado como memoria masiva auxiliar

o Tiempos medios de acceso: del orden de 5 a 15 milisegundos

o Características: Es un disco que gira a gran velocidad (entre 4000 y 15000 rpm) recubierto por una fina película magnética. Puede tener una o varias cabezas de lectura escritura por superficie y una o varias superficies (disco). Se dividen en pistas (cilindros) y sectores (arcos).

o Clusters: Para conseguir un mayor rendimiento en E/S los bloques de información que se transfieren están constituidos por conjuntos de sectores denominados grupos o clusters que componen una unidad atómica de direccionamiento del disco. Cuanto mayor sea el número de sectores que conforma un grupo más espacio del disco será desperdiciado por archivos pequeños.

o Direccionamiento: para leer o grabar un sector del disco se lleva a cabo dando al periférico los números de cilindro, cabeza y lector. El brazo activa la cabeza y la sitúa encima de la pista correspondiente y espera a que el sector en cuestión se posicione bajo la misma.

o Formateo: Antes de utilizar un disco es necesario formatearlo. Existen dos métodos: de bajo nivel que se borra y reorganiza todo el disco; y de alto nivel que organiza los sectores de modo que puedan ser utilizados por el S.O. En el caso de una unidad FAT32, escribiría la FAT o tabla de asignación de ficheros. En otros sistemas de archivos más complejos como NTFS se podrían añadir además sistemas de seguridad (ACLs), volúmenes lógicos redundantes (RAID 0/1), etc.

o Caché: 128kB-16MB. Permite que la velocidad efectiva del periférico mejore considerablemente, copiando en esta los datos adyacentes en caso de lecturas y haciendo de memoria intermedia en el caso de escrituras.

o Cambio de discos en caliente: Algunos servidores con tecnologías SCSI o fibre channel y con carcasas extraíbles.

3.2. Discos Ópticos.

· CD-ROM

o Soporte: Están formados por una parte reflectante que puede ser de aluminio o de otro material parecido, situada entre dos capas de plástico transparente. Los datos están representados en la parte reflectante por medio de minúsculas perforaciones hechas en el proceso de fabricación, por lo que no se pueden borrar ni regrabar.

o Funcionamiento: Un rayo emitido por un láser, se refleja en la superficie y es captado por un componente fotosensible que sirve de receptor. En presencia de un orificio, el ángulo de incidencia del rayo varía, éste es desviado y el circuito electrónico del lector óptico lo interpreta.

o Características: No está dividido en cilindros, los datos comportan una o varias pistas (pueden ser de igual o distinto tipo: datos, audio, etc.) con sectores unos detrás de otros, todos del mismo tamaño (el tamaño varia según el modo, 1 o 2, de grabación y según el tipo de datos, audio o datos, ya que en unos se incluyen códigos con corrección de errores y en otros no). La capacidad total suele ser de 700 MB, aunque se puede superar hasta los 900MB utilizando toda la superficie impresionable del CD-ROM y con lectores preparados.

· CD-R/CD-RW: Mediante un láser de mayor potencia la propia unidad puede efectuar la grabación sobre un tipo de discos especial que permite ser grabado una vez y leído cuantas se desee. El CD-RW puede reescribirse cuantas teces se quiera.

o CD-R: utiliza una capa de tinte orgánico fotosensible (como p.e el metal azo) que tiene inicialmente un aspecto homogéneo y transparente, sobre una capa reflectante. Cuando se somete a una fuente luminosa de determinada intensidad y frecuencia sus propiedades de absorción lumínica cambian, convirtiéndose en opaco y no reflectando la luz, por lo que se comporta como un pit o una muesca

o CD-RW: La capa que contiene la información está formada por una aleación cristaliza de plata, indio, antimonio y telurio que presenta la cualidad de que si se calienta hasta cierta temperatura, cuando se enfría queda cristalino (por lo que deja que la luz refleje en la capa reflectante), pero si al calentarse se alcanza una temperatura aún más elevada, cuando se enfría queda con una estructura amorfa (opaco o no reflectante). Por ello utiliza tres tipos de luz: láser de alta energía para escribir, láser de borrado de intensidad menor y láser de baja potencia para la lectura.

· DVD-ROM: Inicialmente Digital Video Disco, y finalmente Digital Versatile Disc y más apropiado ya que permite contener información variada como audio, video, datos o juegos. Su capacidad varia entre 4.7 GB y 17GB. Aumentan la capacidad respecto a los CD-ROM por la disminución de la longitud de onda del láser y el tamaño de las pistas y los pits y lands. Usa el formato lógico UDF, Universal Disk Format que es lo suficiente flexible para abarcar los requerimientos de los sistemas operativos modernos.

· DVD-R / DVD+R: Equivalentes al CD-R que sólo puede escribirse una vez. Estándares de distintas firmas (Pionner DVD-R y Sony, Philips entre otros DVD+R)

· DVD-RW / DVD+RW /DVD-RAM: Equivalentes al CD-RW

· Blue Ray Disk: Emplea un láser azul, de ahí su nombre, y permite alcanzar 27GB por capa. Regrabables. Varias empresas entre ellas Sony, Philips o Pionner. PS3.

· HD-DVD (High Definition DVD): Toshiba, NEC y Sanyo. 15 GB por capa y más lento, pero con el apoyo de la industria cinematográfica.

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· Unidades Lecto-Esctitoras: Unidades DVD 32x con un tiempo de acceso entre los 80 y los 200ms

3.3. Unidades de Cinta

· Unidades de cinta magnética, utilizan como soporte una cinta de Mylar recubierta de una capa de óxido de hierro, o partículas de metal. La cinta se encuentra enrollada, y la lectura y grabación se efectúan haciéndola pasar por una estación de lectura/escritura al trasferirla de un eje de giro de arrollamiento a otro.

· Soporte barato y de gran capacidad, pero muy lentas (acceso secuencias), se suelen utilizar para copias de seguridad.

· Algunas de las tecnologías actuales son las unidades DAT, DLT y LTO. Tienen cintas de entre 100GB y 800GB, poseen memorias cachés, y velocidades de transferencia de entre 20 y 160MB/s

3.4. Memorias Flash

· Flash EEPROM: variantes de la memorias ROM reprogramables eléctricamente que se pueden borrar y grabar selectivamente sin necesidad de extraerlas de los dispositivos donde se encuentra, que pueden ser ordenadores, teléfonos móviles, PDAS, etc. Soporte no volátil.

· Tarjetas de memoria: Compactflash, memory stick, Multimedia Card, SD, etc.

· Memorias tipo llave: conectables a puertos USB, gestionados como discos duros extraíbles.

4. Controladores e Interfaces

· El interfaz es la conexión entre el mecanismo de la unidad de disco y el bus del sistema. Además del bus, el interfaz puede incorporar la circuitería que controla a la unidad de disco. Al conjunto se le conoce como tarjeta controladora de disco, no obstante, muchos equipos la incorporan en la placa principal del sistema.

4.1. IDE (Integrated Drive Electronics)

· ATA Paralelo: 8,3 MB/s

· ATA 2: 16,6 MB/s e introduce LBA que permite superar el límite de 512MB

· ATAPI: Define los requisitos técnicos para aquellos que sin ser discos duros se conectan al bus ATA (por ejemplo un CD-ROM)

· E-IDE: ATA-2 y ATAPI y además incluye un doble bus para hasta cuatro dispositivos.

· Ultra DMA-33: 33MB/s

· Ultra DMA-66: 66MB/s al duplicar el número de hilos del bus que pasan de 40 a 80

· Ultra DMA-100: 100MB/s incrementa la capacidad de direccionamiento del sistema LBA hasta 48bits.

· Ultra DMA-133: 133MB/s

4.2. ATA Serie / Serial ATA

· Sustituye el bus paralelo de 16 bits por un esquema de comunicaciones serie.

· Introduce un nuevo tipo de cacle, más fino que los 80 hilos del Ultra DMA-133

· La primera especificación ofrece un ancho de banda de 150MB/s. Serial ATA II, alcanza los 300MB/s y permite una cadena de hasta 15 dispositivos conectados.

4.3. SCSI (Small Computer System Interface)

· Han existido varias versiones que han ido aumentando la tasa de transferencia desde los 5MB/s de SCSI-1 hasta los actuales 640MB/s del Ultra 640 SCSI.

· Hasta ahora Paralelo, pero se está empezando a usar el bus serie.

4.4. Fibre Channel

· Estándar que se refiere a la conexión de periféricos de almacenamiento externo con servidores y entre estos por medio de cables de fibra óptica y par de cobre.

· Actualmente hay especificaciones a 10Gb/s en distancias de varios metros a varios kilómetros.

4.5. Modelos de Almacenamiento de Datos en Red

· DAS (Direct Attached Storage, Almacenamiento conectado al servidor): Forma tradicional, cada servidor soporta físicamente su sistema de ficheros. Sistemas RAID.

· NAS (Network Attached Storage, Almacenamiento Conectado en Red): Los dispositivos de almacenamiento se conectan directamente a la red. Inicialmente consistía en emplear un servidor UNIX o Windows NT como servidor de archivos.

· SAN (Storage Area Networks, Redes de Almacenamiento): Una SAN consiste en una infraestructura telemática que suministra una conexión física y una capa de gestión, mediante la que se organiza las conexiones, los elementos de almacenamiento y los sistemas de cómputo, de forma que la trasferencia de datos sea segura y robusta. Obtiene un mejor rendimiento que el modelo NAS. Utiliza una infraestructura de comunicaciones diferente a la red SAN para que no interfieran en el tráfico de red habitual.

Publicado: marzo 24, 2019 por Laura Gonzalez

Etiquetas: tema 6 informatica