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Informática – Almacenamiento secundario




Enviado por garcia.jorgel



    1. Características del
      Almacenamiento Secundario
    2. Tipos
    3. Factores
      fundamentales
    4. Costo de Acceso a
      Disco
    5. Organización de Datos en
      Cintas
    6. Estimación de los
      tiempos de transmisión de datos
    7. Los discos
      Ópticos
    8. Unidades
      DVD
    9. Sistema de almacenamiento
      masivo (RAID)
    10. Fuentes y
      Bibliografía

    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.

    Para ver el gráfico seleccione la
    opción "Descargar" del menú superior

     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.

    Para ver el gráfico seleccione la
    opción "Descargar" del menú superior

     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.

     Para ver el
    gráfico seleccione la opción "Descargar" del
    menú superior

     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

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