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Discos Magnéticos y unidades de discos

Enviado por lvbosch



Partes: 1, 2

  

1. ¿Qué lugar ocupan las unidades de discos magnéticos y ópticos dentro del conjunto de los periféricos más comunes?
2. ¿Qué tipos de discos se usan en el presente en las unidades de disco, disquete y CD, de
equipos de computación?

3. ¿Cuáles son las propiedades y funciones de los discos magnéticos?
4. ¿Qué es un disco magnético, y cómo se escribe o lee cada bit de un sector?
5. ¿Qué se denomina cilindro en la organización física de un disco o disquete?
6. ¿De qué depende la cantidad de bytes que puede almacenar un disquete o un disco magnético?
7. ¿Qué significa que un disco o disquete es un medio de almacenamiento de acceso directo?
8. ¿Cómo se localiza un sector de un disco/disquete, y por qué se dice que es direccionable?
9. ¿Qué son los tiempos de posicionamiento, latencia y acceso en un disco o disquete
10. ¿Qué son tiempo y velocidad de transferencia de datos?
11. ¿Cómo están construidos, protegidos, y se accede a los discos flexibles?
12. ¿Qué funciones cumple una unidad de disquetes ("Floppy Disk Drive")?
13. Aspectos particulares de discos rigidos y unidades de disco rigido
14. ¿Qué significa que un disco está muy fragmentado?
15. ¿Cómo están en el presente organizados físicamente los sectores en las pistas de los discos rígidos?
16. En un disco rígido actual, ¿cómo localiza el cabezal más rápidamente un cilindro?
17. ¿Qué funciones realiza una unidad de disco inteligente ATA-IDE o FAST ATA?
18. ¿Qué son los números "lógicos" de cilindro, cabeza, sector y el LBA?
19. ¿En qué consisten los métodos de grabación MFM y RLL?
20. ¿Qué es un disquete "floptical"?
21. ¿Qué son los disquetes y unidades ZIP?

 1. ¿Qué lugar ocupan las unidades de discos magnéticos y ópticos dentro del conjunto de los periféricos más comunes?

Los discos, sean rígidos, CDs, o disquetes se consideran memoria auxiliar o secundaria, de gran capacidad de almacenamiento en relación con la memoria principal, pero de acceso un millón de veces más lento.

Determinamos dos clases de periféricos, de entrada (teclado, unidad de discos, mouse, escáner, módem, etc.): son dispositivos que sirven para entrar del "exterior" datos a procesar y programas para procesarlos, cuyo destino será la memoria. Periféricos de salida (monitor, impresora, unidad de discos, módem, etc.): son dispositivos encargados de transferir al "exterior" la información proveniente de memoria, sean datos procesados o programas.

Las unidades de discos y de CD se designan periféricos de almacenamiento masivo. En una operación de entrada leen archivos de datos o programas archivados en esos discos, los cuales luego llegarán a memoria; y en una operación de salida permiten archivar resultados que estaban en memoria.

Desde CD-ROM y semejantes sólo son posibles operaciones de entrada.

2. ¿Qué tipos de discos se usan en el presente en las unidades de disco, disquete y CD, de los equipos de computación?

Los distintos tipos de discos existentes para computación, tienen en común que se emplea como soportes para almacenar grandes cantidades de información (datos y programas), en general durante largo tiempo. Difieren en la tecnología de almacenamiento / lectura, en la cantidad de información que memorizan, en el tiempo que se tarda en acceder y transferir datos requeridos, en la seguridad con que mantienen la información durante un tiempo estimado, y en el costo por megabyte almacenado.

La siguiente clasificación se hace en función del primero de los aspectos citados: la tecnología de almacenamiento y lectura, determinante de los restantes.

Escritura

Lectura

Nombre

Tipos

Por grabación magnética de pistas concéntricas mediante una cabeza constituida por un electroimán.

Por sensado mediante la misma cabeza que escribió actuando en forma inversa

Disco magnético (para lectura y escritura)

Disco rígido, disquete, Zip, Jazz, Bernouilli Floptical.

Por modelado de hoyos formando una pista en espiral, por inyección de plástico en un molde metálico (producción masiva de CDs)

Sensado por rayo láser de la longitud de los hoyos grabados y de la distancia que separa dos hoyos sucesivos

CD-ROM (sólo lectura)

DVD-ROM (sólo lectura)

Por efecto térmico de un rayo láser se modifica la transparencia de porciones de una pista en espiral, en una capa de material orgánico

Sensado por rayo láser de la longitud de las porciones transparentes y las no transparentes de la espiral grabada

CD-R (Sólo lectura)

 

Por grabación magnética auxiliada por acción térmica de una rayo láser de potencia

Sensado de campos magnéticos en las pistas por su efecto en un rayo láser

MO (lectura y escritura)

 

Por efecto térmico de un rayo láser de potencia se modifica el estado cristalino de un material

Sensado por rayo láser del estado cristalino del material de las pistas

CD-RW ó E (para lectura y escritura)

DVD-RAM, PD

3. ¿Cuáles son las propiedades y funciones de los discos magnéticos?

Un disco magnético (rígido o flexible) es sinónimo de soporte de almacenamiento externo, complemento auxiliar de la memoria principal RAM de una computadora (memoria electrónica interna de capacidad limitada, un millón de veces más rápida de acceder que un disco, pero volátil).

  1. Tiene capacidad para almacenar masivamente grandes cantidades de información en reducidos espacios con el consiguiente bajo costo relativo por byte almacenado.
  2. Es memoria "no volátil": guarda largo tiempo los bits almacenados aunque se retire el suministro de energía eléctrica, propiedad que la memoria principal carece.
  3. Permite acceder en pocos segundos, casi directamente, al lugar donde se halla un bloque de datos a leer o escribir, sin necesidad de búsqueda en todos los bloques de datos que le preceden, como ocurre en una cinta magnética.

La información residente en un disco está agrupada y clasificada constituyendo archivos o ficheros ('files"), como quiera llamarse, identificables por su nombre. Un archivo puede contener datos o programas.

Con la tecnología actual de los sistemas de computación, gran parte de los procesos de Entrada y Salida de datos tienen como origen y destino los discos magnéticos (figura 2.1). Esto se manifiesta en que:

  • La mayoría de los programas están almacenados en disco, constituyendo archivos "ejecutables". Cuando se necesita un programa, una copia de éste pasa a memoria principal, para ser ejecutado.
  • Generalmente pasa de disco a memoria una copia del archivo de datos que procesará un programa. Los resultados obtenidos van de memoria a disco, formando parte de dicho archivo o de otro.
  • El disco sirve también para simular una "memoria virtual", de mucho mayor capacidad que la memoria principal existente.

Comúnmente, los disquetes son usados para copias de resguardo ('backup"), y para transportar archivos de programas o de datos.

Los discos rígidos y disquetes so medios de almacenamiento externos. Para ser leídos o escritos deben insertarse en el periférico "unidad de disco"' ("disk drive") que para los disquetes se denomina "disquetera".

4. ¿Qué es un disco magnético, y cómo se escribe o lee cada bit de un sector?

Un disco (sea flexible o duro) sirve de soporte para archivos de información. Almacena los bytes de estos archivos en uno o varios sectore de pistas circulares (figura 2.2). Ellas son anillos concéntricos separados lo menos posible entre sí, existentes en sus dos caras recubiertas de una fina capa superficial de material magnetizable (figura 2.4). Este es del tipo usado en las cintas de audio, siendo que las partículas ferromagnéticas que lo componen conservan su magnetismo aunque desaparezca el campo que las magnetizó.

El cuerpo del disco así recubierto en sus dos caras, está constituido: en los disquetes por mylard (flexible), y en los discos rígidos por aluminio o cristal cerámico.

La estructura física de un disco, con sus pistas y sectores se indica en las figuras 2.2 y 2.3. Estas pistas, invisibles, se crean durante el "formateo". Este proceso consiste en grabar (escribir) magnéticamente los sucesivos sectores que componen cada una de las pistas de un disco o disquete, quedando así ellas magnetizadas.

Luego del formateo, en cada sector quedan grabados los campos que lo constituyen (figura 2.11), entre los cuales se halla el que permite identificar un sector mediante una serie de números, y el campo de 512 bytes reservado para datos a grabar o regrabar, lo cual tiene lugar cada vez que se ordena escribir dicho sector.

La grabación se logra (figura 2.4) -como en un grabador de audio- por la acción de un campo magnético de polaridad reversible (N-S ó S-N), que imanta la pista al actuar dicho campo sobre ella, al salir a través de un corte ("entrehierro") realizado en un diminuto núcleo ferromagnético (núcleo hoy suplantado por una película delgada inductiva). El ancho de este núcleo determina del ancho de la pista (0,1 mm o menos).

Una bobina de alambre arrollada sobre este núcleo genera dicho campo magnético, al circular por ella una corriente eléctrica. El núcleo ferromagnético y la bobina constituyen una cabeza (head). Todas las pistas de una cara de un disco son escritas o leídas por una misma cabeza, portada por un brazo móvil. La cabeza queda inmóvil sobre la pista a escribir o leer, mientras el disco gira frente a ella', según se verá.

Como muestran las figuras 2.4 y 2.6 existe una cabeza para cada cara de un disco. Los brazos que las soportan se mueven juntos. 0 sea, que si la cabeza de la cara superior está sobre una cierta pista, la otra cabeza estará en una pista de la cara inferior, teniendo siempre ambas pistas el mismo radio (una está sobre la otra separadas por el espesor del disco).

Sólo una cabeza puede estar activada por vez, para leer o escribir sectores de la cara que le corresponde.

En una escritura, a la cabeza seleccionada -muy próxima o tocando la superficie del disco- le llega del exterior -por dos cables- una señal eléctrica que presenta dos niveles de tensión eléctrica (figuras 2.4 y 2.5).

Con el nivel bajo de tensión se produce una circulación de corriente isn por la bobina que envuelve la pieza, con lo cual ésta se convierte en un poderoso imán, con sus extremos con un polo sur (S) y otro norte (N).

El campo magnético que sale del entrehierro magnetiza y orienta partículas de óxido de hierro de la superficie del disco o disquete, que pasan frente al entrehierro al girar el disco, convirtiéndolas en microscópicos imanes. Así, durante el tiempo que la señal eléctrica citada está en el nivel bajo, se genera -en el tramo de la pista que pasó frente a la cabeza- un conjunto de pequeños imanes igualmente polarizados y orientados, cuyo efecto sumado equivale a la existencia de un imán permanente en la superficie de ese tramo de pista.

El campo magnético de este imán así creado por la cabeza se manifestará sobre esa superficie magnetizada, superficie que es circular por estar fija la cabeza y girar el disco.

Cuando la señal que excita la cabeza cambia del nivel bajo al alto, se invierte rápidamente el sentido de la corriente (ins) que circula por la bobina, por lo cual cambia la polaridad magnética en los extremos del núcleo (de SN a NS). Ahora, mientras dure esta polaridad (el tiempo que la señal está alta), se generan pequeños imanes en el tramo de la pista que pasó frente a la cabeza, pero de polaridad contraria a los generados cuando la ~ estaba baja. El efecto de los mismos equivale a un imán superficial en ese tramo siguiente de la pista, cuya polaridad es opuesta a la del imán superficial formado en el tramo anterior.

De esta forma, en la escritura de un disco, en concordancia con cada cambio de nivel de la señal eléctrica binaria que actúa sobre la bobina, cambia de dirección la corriente que circula por ella, resultando una sucesión de imanes permanentes (conformados a su vez por muchos imanes microscópicos) sobre la superficie de la pista que se escribe, siendo cada porción así imanada de polaridad contraria a la que le sigue.

Como se verá al tratar la codificación RLL (figura 2.26), cada uno de estos cambios codifica un uno que se almacena en la pista, y la cantidad de ceros que le siguen depende de la duración del nivel.

En síntesis: en una escritura, luego que el material ferromagnético de una cara pasa frente a la cabeza magnetizante quedan formados una sucesión de imanes superficiales, los cuales conforman una pista circular, por estar la cabeza fija, y girar la superficie del disco. Los campos magnéticos de estos imanes se manifestarán en la superficie de la pista, codificando unos y ceros.

Ninguna porción de una pista puede quedar sin magnetizar: forma parte de un imán NS o SN. Esto también asegura, en una regrabación, el borrado de la información grabada anteriormente sobre una pista.

Si se re escribe un sector no es necesario realizar un paso intermedio de borrar la información antes escrita. La nueva escritura borra la anterior, igual que en un grabador de audio o video.

Durante una lectura, la misma cabeza -en un proceso inverso al de grabación- sensará los campos magnéticos sobre la superficie de la pista accedida, para detectar cada cambio de polarización cuando pasa de una porción de una pista polarizada N-S a la siguiente, polarizada S-N, o sea cuando se encuentran enfrentados dos polos norte o sur. Estos cambios originarán corrientes en la bobina, que aparecerán como breves impulsos eléctricos en los dos cables de la bobina que salen desde la cabeza. Puesto que cada uno de estos impulsos implica una inversión del campo magnético de la pista, y que estos cambios fueron producidos en la escritura cuando cambiaba el nivel de la señal eléctrica que actuaba sobre la bobina (figura 2.5), se puede reconstruir esta señal. Así es factible determinar (leer) los unos y ceros que dieron lugar a los cambios de nivel, según la codificación (MFM o RLL) empleada.

Esta operación es "no destructiva": pueden obtenerse copias de los datos guardados sin que éstos se alteren.

Las cabezas (dos por plato) están sobre una misma vertical, constituyendo el "cabezal", y son portadas por brazos de una "armadura" que las desplaza juntas entre platos cuando pasan de una posición (pista) a otra.

Cuando se almacena un archivo, los datos son grabados magnéticamente en sectores de las pistas, en el campo para 512 bytes reservado en cada sector durante el "formateo", como se describirá. La cabeza que graba estos campos podrá luego volver a recorrerles, para leer las señales magnéticas que grabó en ellos, que representan la información almacenada.

Para comprender cómo se generan dichas pistas en un disco o disquete, podemos imaginar o realizar el siguiente experimento. Sobre el plato de un tocadiscos colocamos una cartulina de su mismo tamaño y lo hacemos girar. Luego tomamos un lápiz mecánico y apoyamos suavemente la punta de su mina sobre la cartulina, manteniendo inmóvil la mano. Entonces, sobre la cartulina se generará tina circunferencia visible. Si después, mientras gira el plato, sobre un punto de dicha circunferencia colocamos fija la punta del lápiz, pero sin la mina, por debajo del lápiz pasarán los puntos de la circunferencia antes generada. Esto equivale a un sensado ("lectura') de dicha circunferencia.

Igualmente, mientras una cabeza escribe, permanece inmóvil en un punto (lo mismo si lee), generándose una pista circular en la cara del disco que gira debajo' de ella, a la par que deja señales magnéticas detestables en porciones de la misma que grabó. El radio de la pista es igual a la distancia de la cabeza al centro del disco.

También, cuando se graba una cinta de audio, la cabeza está fija, y describe una pista rectilínea, dado que en este caso el medio magnético se mueve de igual modo.

Así como en una cinta de audio pueden grabarse dos o cuatro pistas paralelas, en un disco es factible generar muchas pistas concéntricas separadas (de a una por vez).

5. ¿Qué se denomina cilindro en la organización física de un disco o disquete?

En primera instancia, un disco o disquete guarda los datos en sus caras; las caras se componen de pistas, y éstas se dividen en sectores. Se verá cómo se consideran y numeran estos espacios, a fin de constituir una organización física de un disco o disquete, eficiente para ser accedida en el menor tiempo posible.

El hecho de que un disquete -o cada plato de un rígido- tenga dos caras, amen de duplicar su capacidad de almacenamiento, permite escribir o leer el doble de datos antes de desplazar el cabezal a la pista siguiente o a otra, accediendo a una cara y luego a la contraria. Así se puede escribir o leer más datos en menos tiempo.

Por moverse las dos cabezas, de una disquetera al unísono, y estar ambas sobre la misma vertical (figuras 2.4 y 2.7), si la cabeza de la cara superior se posiciona inmóvil a una cierta distancia del centro del disquete -sobre un punto de la pista a la que se quiere acceder- entonces, la otra cabeza se posicionará en la cara inferior, a igual distancia del centro. De esta forma es factible grabar primero la pista de la cara superior, y a continuación la pista de la cara inferior, sin mover el cabezal, siendo que las dos pistas están una sobre la otra, separadas por el espesor del disquete.

Lo mismo puede decirse para las dos caras de cada plato de un rígido (figura 2.8): si éste tiene más de dos cabezas (una por cada cara de cada plato). Ellas se mueven y posicionan juntas sobre una misma vertical. Si una cabeza cualquiera accede inmóvil a un punto de una pista de la cara que se lee o escribe, las restantes harán lo mismo en las otras caras. Al girar juntos los platos, los puntos que en cada cara pasan frente a la cabeza correspondiente pertenecerán a pistas concéntricas de igual radio.

En un rígido de dos platos (figura 2.8), y con 4 cabezas (para 4 caras), si una cabeza accede a una pista cualquiera (indicada 20), las 3 cabezas restantes del cabezal accederán necesariamente a pistas (indicadas 20) de igual radio, situadas en el espacio una sobre otra, pudiendo considerarse que dichas pistas forman parte de la superficie de un cilindro imaginario (designado 20), cuyo radio es el de esas pistas.

Si luego el cabezal se posiciona a otra distancia del centro del disco o disquete, accederá a otro cilindro imaginario del mismo (como ser el 22), pudiéndose escribir o leer cualquiera de las pistas de igual radio que lo constituyen; y si se quiere, primero una, para luego continuar con la otra u otras (en el caso del rígido).

Por lo tanto, cada vez que en un disco o disquete el cabezal se posiciona para acceder a una pista, accede a un "cilindro" imaginario que contiene pistas, una por cara. Entonces, una vez que la cabeza de una cara escribió o leyó todos los sectores de una pista de esa cara, se puede hacer lo mismo con las restantes pistas de dicho cilindro, sin que se mueva el cabezal.

La electrónica de la disquetera o unidad de disco rígido conmutará en un tiempo despreciable, de una cabeza a otra. Por ejemplo, una vez que el cabezal del disco rígido accedió al cilindro 20, luego de 4 vueltas puede leer o escribir todos los sectores de las 4 pistas de ese cilindro.

De esta forma, se ahorra tiempo de acceso en la escritura y lectura de archivos, en lugar de escribir todas las pistas de una cara, y luego todas las pistas de la otra u otras.

Conforme a lo descripto, cuando un cabezal se posiciona, accede a un conjunto de pistas de igual radio, (tantas como cabezas tenga el cabezal), que se consideran parte de la superficie de un cilindro imaginado. Entonces, cada cilindro de un disco o disquete está formado por todas las pistas de igual radio (una por cara), y contiene la información correspondiente a los sectores que componen dichas pistas, información a la que se puede acceder cuando el cabezal se posiciona en dicho cilindro.

Con esta visión planteada en las figuras 2.7 y 2.8, un disco o disquete serían un conjunto de cilindros -tantos como pistas por cara existan- metidos uno dentro de otro. Cada cilindro a su vez se compone de pistas de igual radio, tantas como caras (o sea cabezas) existan (2 y 4 en esas figuras); siendo que las pistas contienen sectores.

La cantidad de cilindros de un disco o disquete, se corresponde con el número de posiciones en las que se puede posicionar el cabezal. Este, como se dijo, desplaza al unísono todas las cabezas de escritura/lectura.

En las disqueteras, un motor "paso a paso" hace que el cabezal salte de un cilindro al siguiente, cuando se quiere pasar de una pista a la siguiente (o a cualquier otra) que está en la misma cara. Como se verá, en los rígidos el acceso de una pista a otra se lleva a cabo por un mecanismo más complejo que busca la pista.

Corrientemente suele hablarse de pista en lugar de cilindro, pensando en una sola cara, aunque cilindro implica una concepción espacial más completa, en especial en lo referente a los todos los sectores de las patas de un cilindro, los cuales pueden escribirse o leerse uno tras otro sin la pérdida de tiempo que significa el movimiento del cabezal.

Por lo tanto, un disquete de 3 ½" pulgadas de 80 pistas por cara, tiene 80 cilindros de dos pistas cada uno. Estos cilindros se enumeran de 0 a 79, desde el exterior hacia el centro.

El número que identifica a un cilindro permite localizar todas las pistas que lo constituyen. Por ejemplo, el cilindro número 20 sirve para localizar en la figura 2.7 las 2 pistas número 20 que pueden escribir o leer las 2 cabezas del cabezal, ubicadas en ambas caras del disquete.'

Entonces si se quiere ser riguroso, en relación con una cara de un disquete (figura 2.7) en lugar de decir por ejemplo "pista 20" debe decirse "pista del cilindro 20"; y con más precisión, si se trata de la cara superior, o cara 0, se debe indicar "cilindro 20, cabeza (head) 0".

También puede aparecer como "cilindro 20, pista 0", aunque parezca mejor indicar "pista 20 de la cara 0".

A su vez, la pista que está debajo de ésta, en la cara inferior, o cara 1, es la "pista 1 del cilindro 20", identificable como "cilindro 20, cabeza 1".

El sector 15 de esta pista se identifica como "cilindro 20, cabeza 1, sector 15".

En una unidad de disco rígido con varios platos (figura 2.8), la cabeza (cara) superior del plato más alto se designa 0, la inferior del mismo plato con el número 1; luego siguen las 2 y 3 del plato siguiente, etc. El cilindro de número 20 sirve para localizar cualquiera de las 4 pistas de número 20, correspondientes a las 4 caras (cabezas) de los 2 platos, siendo que cada una se diferencia por el número (0,1, 2, ó 3) de la cabeza que accede a la misma. Se indica en esa figura la forma de direccionar 4 sectores de número 15 pertenecientes a cada una de esas pistas. Así, un sector se indica "cilindro 20, cabeza (head) 3, sector 15", ó "cilindro 2, pista 3, sector 15".

Los cilindros de discos o disquetes se enumeran desde 0 (el de mayor radio, el más exterior) en forma creciente hacia el interior, correspondiendo el número mayor a más interno.

Suponiendo que todos los sectores de las pistas de un cilindro se leen (o escriben) en forma secuencias, o sea por orden numérico creciente, primero el controlador ordena a la cabeza de la cara 0 de dicho cilindro acceder a cada uno de los sectores de dicha pista. Luego ordena que la cabeza de la cara 1 del mismo cilindro acceda a los sectores de esta pista, y así sucesivamente sin que el cabezal se mueva, cada cabeza activada lee (o escribe) los sectores de la pista que desfilan frente a ella en la cara.

Según lo tratado, en definitiva, en disquetes y discos la información se organiza físicamente como sigue:

  • La menor unidad de almacenamiento que se puede escribir o leer en forma independiente es el sector', que agrupa 512 bytes (para el DOS y otros sistemas operativos).
  • Un cierto número de sectores -accesibles sin variar la posición de una cabeza- conforma una pista Un número dado de pistas -accesibles sin variar la posición del cabezal en las caras de un disco o platos de un disco rígido- constituyen un cilindro.
  • Tres números deben usarse para escribir o leer datos: número de cilindro, número de cabeza (head), y número de sector. En inglés corresponden a las siglas CHS.

6. ¿De qué depende la cantidad de bytes que puede almacenar un disquete o un disco magnético?

Todas las pistas de un disquete guardan la misma cantidad de bits y tienen igual número de sectores (figura 2.3), como se ha querido hacer notar, por lo que en las pistas más internas los bits están más "apretados" que en las de mayor radio, o sea que en las internas se tiene una mayor densidad de bits grabados por pulgada de pista (bits per inch = bpi). No ocurre lo mismo en los discos rígidos actuales, como se tratará.

La densidad depende del tipo de material magnetizable de las caras, del ancho del entrehierro de las cabezas, y de la técnica de codificación de bits empleada para grabar (MFM, RLL, o ARLL, a desarrollar).

Una pista grabada en una viejo disquete de 5 ¼" con dos caras ("sides") y doble densidad (indicado 2S/2D), puede tener por pista 9 sectores de 512 Bytes. O sea que se tendrá 512 x 9 = 4608 Bytes/pista.

Además de la cantidad de sectores por pista, en el cálculo de la capacidad de un disco interviene el número total de pistas (cilindros) que tiene en cada cara. Para el disquete en cuestión este número es 40 pistas por cara. Entonces, la capacidad de almacenamiento por cara será 4608 x 40 = 184.320 Bytes. Puesto que se usan las dos caras, la capacidad total de estos disquetes era de 184.320 x 2 = 368.640 Bytes = 360 KB.

El número de pistas (cilindros) por cara depende de la cantidad de pistas ("tracks") que puedan grabarse por pulgada ("tracks per inch" = tpi) o centímetro, medidas en sentido radial (figura 2.9). En el disquete analizado la densidad de pistas es de 48 tpi.

Por lo tanto, en el cálculo de la capacidad total de almacenamiento de un disco magnético intervienen:

  1. De la densidad lineal de cada pista (indicada en bpi), la cual determina el número de sectores de una determinada longitud que existirán por pista. Para el DOS esta longitud debe ser de 512 bytes.
  2. De la densidad radial de pistas (indicada en tpi), que define el total de pistas (cilindros) por cara.

Son corrientes los disquetes de 5 ¼" en los que el material magnético admite en cada pista el doble de bits por inch que los de] tipo 2S/2D citados. En éstos, una pista puede tener 15 sectores de 512 Bytes, o sea 15 x 5l2 = 7.680 Bytes por pista. Además poseen el doble de densidad radial de pistas: 96 tpi, resultando concretamente 80 pistas por cara. Se conocen como 2S/HD, o sea dos caras y alta densidad ("high density"). Resulta así 7680 x 80 = 614.400 Bytes por cara, y para las dos caras un total de:

614.400 x 2 = 1.228.800 Bytes = 1,2 Megabytes (MB)'

Estos son los disquetes de 5 ¼" que aún se siguen usando.

Los disquetes de 3 ½" contienen cobalto en el material magnético. Los primeros fueron del tipo 2DD (dos caras y doble densidad), con 9 sectores/pista, o sea 512x9 = 4608 Bytes/pista. Tenían 135 tpi, por lo cual son posibles 80 pistas/cara.

Entonces resultaban: 4608 x 80 = 368.640 Bytes por cara; y en total 368.640 x 2 = 737.280 Bytes = 720 KB.

En 3 ½" se popularizaron los del tipo 2HD, de alta densidad, también de 135 tpi, (80 pistas) pero de 18 sectores por pista. La capacidad total será el doble que el anterior: 18 x 512 x 80 x 2 = 1.474560 Bytes = 1,44 MB.

Igual método de cálculo se aplica a discos rígidos. Así, un rígido de 8 platos, con 1024 pistas (cilindros) por cara, y 63 sectores (de 512 Bytes) por pista, tendrá una capacidad por cara de 63 x 512 x 1.024 = 33.030.144 Como tiene 8 platos = 16 caras, la capacidad neta total será: 33.030.144 x 16 = 520 MB.

Generalizando, la capacidad neta de un disco o disquete puede calcularse como:

Capacidad = Sectores por pista x Tamaño sector (Bytes ) x Pistas (cilindros) por cara x Nro de caras.

No es aconsejable forzar la capacidad máxima que admite cada tipo de disquete, so pena de que a mediano plazo pueda comenzar a perder datos almacenados.

Debe tenerse presente, que la capacidad que aparece indicada en discos rígidos es "bruta", no ocupable totalmente con archivos. Se pierde en promedio del orden de un 20%, puesto que en cada sector se deben escribir bits con el número que lo identifica, junto con información de control, amen de los bits de final e inicio que se usan para separar los sectores contiguos entre sí (figura 2.24). Vale decir, que dicha capacidad se refiere a un disco "virgen", sin formatear. Esto se ejemplifica en el pie de página anterior relacionado con el disquete 2S/2D de 1,2 MB, o sea el de 5 ¼".

7. ¿Qué significa que un disco o disquete es un medio de almacenamiento de acceso directo?

Tal denominación proviene del hecho de que el cabezal llega directamente a la pista (cilindro) deseada, sin búsquedas. Luego, con el disco girando, deben pasar bajo la cabeza activada los sectores que anteceden al sector buscado. Esto si bien implica una búsqueda secuencial, la misma es de corta duración, por el relativo pequeño número de sectores de una pista, y por la velocidad de giro del disco, como se detalla luego.

Si bien se trata de una búsqueda secuencias breve en comparación con la que debe hacerse en una cinta magnética para ubicar datos, de lo anterior resulta que en un disco magnético los datos de un sector son de acceso "casi - directo".

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

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

En cada unidad existe una cabeza de lectura/escritura para cada cara de un disco. El controlador ordenará activar para escritura/lectura sólo la cabeza de la cara indicada, y dará la orden de posicionarla sobre el cilindro (pista) seleccionado, siendo que todas las cabezas avanzan al unísono.

Al comienzo de cada sector de un disco están escritos dichos tres números de CHS, formando un número compuesto, que es su "dirección", necesario para localizarlo, direccionarlo, como quiera decirse. Por este motivo se dice que un disco o disquete son dispositivos de memoria auxiliar direccionables.

9. ¿Qué son los tiempos de posicionamiento, latencia y acceso en un disco o disquete?

Para acceder a un sector que está en una cara de un disco, primero el cabezal debe trasladarse hasta el cilindro que contiene la pista donde se encuentra dicho sector, y luego debe esperarse que al girar el disco ese sector quede debajo de la cabeza. Por lo tanto, deben tener lugar dos tiempos:

  1. El brazo con la cabeza correspondiente a esa cara se sitúa en pocos milisegundos (tiempo "seek", de posicionamiento) directamente sobre el cilindro seleccionado, o sea sobre la pista del cilindro correspondiente a esa cara. Se considera un valor promedio para este tiempo. En la figura 2.10.a este tiempo es el necesario para que la cabeza pase de la pista 17 a la 4.
  2. Una vez que la cabeza se posicionó sobre dicha pista, los sectores de ésta desfilarán debajo de esa cabeza. Cada uno es leído hasta encontrar aquél cuyo número coincida con el enviado a la controladora, en cuyo caso su campo de datos será escrito o leído.

El tiempo que dura esta búsqueda secuencial es el tiempo de latencia o demora rotacional (en promedio es el tiempo de media vuelta). Si el sector buscado estaba en la posición señalada con "X" (figura 2.10 a) cuando la cabeza llegó a la pista indicada, este tiempo es el que tarda en llegar hasta la cabeza, para comenzar a ser leído (figura 2.10 b).

La suma de estos dos tiempos promedio conforma el tiempo de acceso, o sea es el tiempo que transcurre desde que la controladora ordena al cabezal posicionarse sobre un cilindro, hasta que la cabeza indicada accede al sector buscado. La duración de este tiempo sólo depende del tipo de unidad de disco que se trate:

T acceso = t promedio posicionamiento + t promedio latencia

En un disquete -conforme a los valores estimados antes al pie de página- este tiempo será del orden de (70 + 100) mseg. = 170 mseg.

En un disco rígido es mucho menor: hoy es común tener 10 mseg de seek, y 7 mseg de latencia (a 4500 r.p.m.) en total 17 mseg. Existen discos que esos totales son menores.

Los fabricantes especifican el tiempo de posicionamiento en vez del promedio total. También suelen "fabricar" un tiempo de acceso que pondera la mejora electrónica obtenida por la acción de un caché de disco (a tratar), cuando se ordena leer una sucesión de sectores ubicados en una misma pista o cilindro, y suponen en forma optimista que esto ocurrirá en el 40% de los accesos ordenados.

10. ¿Qué son tiempo y velocidad de transferencia de datos?

Suponiendo una lectura, una vez que el sector requerido está frente a la cabeza activada -luego de transcurrir los tiempos de posicionamiento y de latencia- ella debe leer bit por bit dicho sector, pasando estos bits en serie hacia la electrónica, y luego hacia la interfaz del disco o disquete. El destino final de los bits que conforman el campo de datos de un sector, es la zona de memoria principal (buffer) reservada para esos datos. A esta zona esos bits leídos llegan en paralelo (de 16 ó 32 por vez) a través del bus que une la interfaz con la memoria principal.

Sea un disco de 32 sectores por pista, que gira a 3.600 r.p.m. = 60 r.p.seg. » 1 revolución/ 16 mseg.

Un sector cualquiera de los 32 de una pista será recorrido por la cabeza en 1/32 de revolución, o sea en 16 mseg/32 = 0,5 mseg. Durante este tiempo de lectura, los bits del campo de datos (que forman 512 bytes) se van transfiriendo hacia la electrónica (IDE o SCSI) de la unidad de disco, a medida que la cabeza los va leyendo. O sea que durante dicho tiempo se están enviando a razón de 512/0,5 bytes/mseg. = 1024 bytes/mseg = 1.024.000 bytes/seg., casi 1 MB/seg.

Este valor constituye la velocidad de transferencia interna.

Inversamente, en una escritura del disco, a medida que frente a la cabeza seleccionada pasa el campo de datos del sector, la unidad (IDE ó SCSI) le debe enviar en serie los bits a escribir, los cuales fueron llegando a esta unidad (de a bytes) por el bus, desde memoria principal. Puesto que el disco gira a igual velocidad en lectura o escritura, el tiempo de escritura o lectura del campo de datos será el mismo, y por lo tanto también la velocidad de transferencia interna será igual en la escritura o lectura.

Como se planteó, estos MB/seg definen la velocidad de transferencia interna, que suele ser indicada como la "velocidad de transferencia" por los fabricantes de unidades de disco. Debe tomarse ésta como la velocidad con que una cabeza puede leer o escribir "al vuelo" los bits de un sector, siendo esta velocidad una medida de la velocidad máxima a la que se pueden transferir bits entre disco y memoria (o viceversa).

Esto es porque si consideramos el trayecto total que deben recorrer los datos en una operación de entrada (lectura de disco) o salida (escritura del mismo), no se puede dejar de lado el tiempo que insume su transferencia a través del bus (ISA, VESA o PCI) que comunica la porción central con el registro port de datos ubicado en la electrónica (como la ATA-IDE). Asimismo, importa la velocidad de respuesta de esta interfaz. Si ella o el bus no son lo suficiente rápidos, la velocidad real de transferencia de datos hacia o desde un disco a memoria puede ser bastante menor que la máxima citada.

La velocidad de transferencia interna será la velocidad de transferencia real sólo si a medida que la cabeza lee (o escribe) los datos de un sector, ellos se van transfiriendo hacia memoria (desde memoria) sin demoras. Conforme a lo anterior resulta que la velocidad de transferencia de un disco depende:

  • De la velocidad de transferencia interna de la unidad de disco (dependiente de la densidad, y las r.p.m.).
  • Del tiempo de respuesta de la interfaz controladora (EIDE, SCSI), y de la existencia de un caché en ella.
  • De la velocidad del bus al cual la interfaz se conecta (hoy día debe ser PCI).

El tiempo de transferencia entre disco y memoria se halla dividiendo los bytes de un sector (512), por la velocidad de transferencia, y es por lo menos lo que tarda la cabeza en pasar por la zona de datos del sector.

Un disquete de 3 ½" y 1,44 MB, 80 cilindros y 18 sectores por pista gira a 300 r.p.m. o sea 200 mseg por vuelta (como se calculó). Por lo tanto, un sector será recorrido en (200/18) mseg = 11 mseg. La velocidad de transferencia interna será: 512 Bytes/11 mseg = 50 KB/seg. que también será la velocidad de transferencia puesto que aunque la controladora esté conectada a un bus ISA, este permite hasta 8 MB/seg. (máximo).

En general, a igualdad de velocidad de giro, si se aumenta la densidad lineal (número de bits por cm de pista) se transferirán más bits por segundo. Hoy día esta densidad va en aumento en los nuevos modelos de discos rígidos, dado que con los actuales tipos de cabeza desarrollados se pueden grabar y detectar más bits por cm de pista, por lo que cada vez resultan mayores velocidades de transferencia interna de bits. Esto debe tener como correlato interfaces (IDE o SCSI) que tengan listos rápidamente los datos a escribir o los leídos en un disco, y buses, con un ancho de banda apto para soportar tales velocidades de transferencia entre la interfaz y memoria.

También en muchos casos se ha aumentado la velocidad de giro de los rígidos, lo cual a su vez trae aparejado una mayor velocidad de transferencia.

Teniendo en cuenta los tiempos descriptos, el tiempo total de entrada/salida que se tarda en atender una orden de lectura (o escritura) que llegó al controlador de la unidad de disco será:

T E/S = t posicionamiento + t latencia + t transferencia

Se trata que este tiempo sea lo más corto posible, pues la escritura y lectura de archivos en disco (rígido) es una actividad frecuente en un sistema de computación.

Partes: 1, 2

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