miércoles, 9 de febrero de 2011

DISCOS DUROS

DISCO DURO














En informática, un disco duro o disco rígido (en inglés Hard Disk Drive, HDD) es un dispositivo de almacenamiento de datos no volátil que emplea un sistema de grabación magnética para almacenar datos digitales. Se compone de uno o más platos o discos rígidos, unidos por un mismo eje que gira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada. Sobre cada plato se sitúa un cabezal de lectura/escritura que flota sobre una delgada lámina de aire generada por la rotación de los discos.

ESTRUCTURA FISICA

Dentro de un disco duro hay uno o varios platos (entre 2 y 4 normalmente, aunque hay hasta de 6 ó 7 platos), que son discos (de aluminio o cristal) concéntricos y que giran todos a la vez. El cabezal (dispositivo de lectura y escritura) es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se mueven hacia dentro o fuera según convenga, todos a la vez. En la punta de dichos brazos están las cabezas de lectura/escritura, que gracias al movimiento del cabezal pueden leer tanto zonas interiores como exteriores del disco.
Cada plato posee dos caras, y es necesaria una cabeza de lectura/escritura para cada cara. Si se observa el esquema Cilindro-Cabeza-Sector de más abajo, a primera vista se ven 4 brazos, uno para cada plato. En realidad, cada uno de los brazos es doble, y contiene 2 cabezas: una para leer la cara superior del plato, y otra para leer la cara inferior. Por tanto, hay 8 cabezas para leer 4 platos, aunque por cuestiones comerciales, no siempre se usan todas las caras de los discos y existen discos duros con un número impar de cabezas, o con cabezas deshabilitadas. Las cabezas de lectura/escritura nunca tocan el disco, sino que pasan muy cerca (hasta a 3 nanómetros), debido a una finísima película de aire que se forma entre éstas y los platos cuando éstos giran (algunos discos incluyen un sistema que impide que los cabezales pasen por encima de los platos hasta que alcancen una velocidad de giro que garantice la formación de esta película). Si alguna de las cabezas llega a tocar una superficie de un plato, causaría muchos daños en él, rayándolo gravemente, debido a lo rápido que giran los platos (uno de 7.200 revoluciones por minuto se mueve a 129 km/h en el borde de un disco de 3,5 pulgadas).
La base física de un disco duro es similar a la de un disquete, porque en ambos elementos la información digital se almacena en discos recubiertos de material ferromagnético. Asimismo los datos se graban y se leen por medio de cabezas magnéticas ubicadas en ambas caras del disco siguiendo el mismo patrón de pistas y sectores.

 
ORGANIZACIÓN DE LA INFORMACIÓN

Organización y administración básica de la información: La forma en que se organiza la información en los discos duros es similar a la de los disquetes. Sus principales diferencias son los cilindros, que en este caso están compuestos por más pistas y el tamaño de cada cluster, que contiene un número mayor de sectores gracias a la gran cantidad de los mismos dentro de la unidad.
La cantidad de Bytes que se pueden grabar por sector también es de 512, por lo que puede calcularse la capacidad total del disco (en bytes), multiplicando el número de cilindros por el número de cabezas, por el número de sectores y, finalmente, por 512, tal como se explico con las unidades de disquete.
La FAT ( File Allocation Table o tabla de localización de archivos). Cuando se da formato a un disco duro, dependiendo del tipo de computadora, la FAT puede estar elaborada con direccionamiento de 12, 16 ó 32 bits, solamente se podrán direccional 4096 (212) posiciones de almacenamiento en el disco duro, es decir 4096 cluster. Esto significa que para cada cluster debemos asignar cierta cantidad de sectores dependiendo de la capacidad del disco.

CÁLCULO DE LA CAPACIDAD 
De un cluster veamos un ejemplo con un disco duro de 256MB utilizando una FAT de 16 bits. Como son 16 bits, la cantidad máxima de cluster que podrá asignar es:
FAT de 16 bits ------ 2elevado a 16 = 65536 cluster.
Capacidad total ------ 256MB = 268'435.456 bytes.
Por lo tanto cada cluster deberá almacenar:
268'435.456 / 65.536 = 4096 bytes por cada cluster.
Ahora bien, normalmente a cada sector se asignaron 512 bytes, por lo cual un cluster en un disco de esta capacidad estará compuesto por 4096 / 512 =8 sectores.
A medida que aumenta el tamaño del disco duro, si la FAT es la misma se incrementa el tamaño de cada cluster.
Entre más grande sea el cluster, mayor es la cantidad de espacio de almacenamiento que se desperdicia en el disco duro. Por ejemplo, en el caso anterior donde se analizó un disco de 256 MB, cada cluster utiliza 4096 bytes. Si se tiene un archivo de sólo 20 bytes, que puede se normal, la FAT destinará un cluster para este archivo, es decir 4096 bytes; los 4076 bytes restantes (4096 - 20 =4076) quedarán vacíos pero no disponibles. Entre más archivos pequeños tenga un disco duro, mayor será el espacio desperdiciado.
Esto significa que no importa qué tan pequeño sea un archivo (incluso puede tener extensión cero), al momento en que es asignado en la FAT, se destina para dicho archivo todo un cluster como mínimo. Y si el archivo es mayor al tamaño del cluster, se tomarán cuantos cluster sean necesarios para guardarlo completo.

CLASIFICACIÓN DEL DISCO DURO

Los discos IDE (Integrated Drive Electronics) o electrónica integrada en la unidad. Son los discos de uso generalizado en la plataforma PC, debido a que la interfase para el intercambio de datos con el microprocesador se simplifica notablemente, pues los circuitos de codificación de la información se alojan en la placa adosada al disco, de ahí su nombre.














Los discos SCSI pueden reconocerse por su conector de 50 hilos (estándar SCSI normal) o de 68 hilos (estándar Wide SCSI), aunque no es muy común encontrarlos en máquinas PC.

 











CONFIGURACIÓN DE UN DISCO DURO

Cada vez que se va a instalar un disco duro a una computadora, ya sea un único disco o varios de ellos, debe hacerse una configuración externa con el fin de indicarle cuál será el orden de acceso a cada uno.
Desde que se diseño la interfase ATA, se contempló la posibilidad de colocar hasta dos unidades trabajando conjuntamente en un solo puerto IDE, siempre y cuando ambas unidades estuvieran correctamente configuradas. Lo mismo sucede con los discos duros SCSI a los que se les debe configurar la dirección con la que la computadora los reconocerá.
En cualquier caso, la configuración es indispensable ya que los discos duros estarán compartiendo la misma línea de cables para enviar y recibir información desde y hacia la computadora.

Asignación de prioridades:

En las unidades de disquete, el cable de datos tiene un a posición para la unidad A y otra para la unidad B, cada una convenientemente definida según el conector que se esté utilizando, usando una serie de cables cruzados que se encuentran entre el conector central y el del extremo. A diferencia de las unidades de disquete, en los discos IDE el cable de conexión es completamente plano, sin ningún tipo de cruzamiento y, por lo tanto, sin ningún método externo para identificar de inmediato cuál unidad tomará el lugar de c:> y cuál el lugar de D:>. De ahí la importancia de configurar las unidades para que el mismo sistema detecte la posición correcta de los discos, para que sea capaz se manejarlos simultáneamente sin que haya conflictos en los procesos de la lectura y escritura.
Cuando en un sistema tenemos dos o más elementos conectados en un bus común, es necesario establecer un esquema de prioridades que le indiquen al microprocesador central a cuál de sus componentes debe atender primero cuando se presente a unas llamadas simultáneas. Así, por ejemplo, en el momento dado a la computadora le llega una instrucción del teclado y otra del Mouse, debido a su asignación de prioridades el sistema responderá primero al teclado y esperará para atender al Mouse hasta que haya efectuado aquella orden que se haya dado en primer lugar.
Esta asignación de prioridades evita que se produzcan conflictos cuando un dispositivo indique determina acción mientras otro produce órdenes distintas simultáneas.
Ahora bien, cuando tenemos elementos distintos (el ejemplo del teclado y el Mouse sería uno de estos casos), la asignación de prioridades se efectúa por medio de las llamadas de interrupción o IRQ's. Sin embargo, en el caso de los discos duros IDE un puerto tiene asignada una interrupción, pero si se conectó más de una unidad en dicho puerto, ambos dispositivos compartirán la misma interrupción, así que para el sistema los dos tendrán la misma prioridad, lo cual obviamente se podría traducir en colisiones en el tráfico de datos con las unidades de disco.
Para solucionar este problema, es necesario que dentro del mismo puerto IDE se fije una cierta prioridad para cada uno de sus elementos, de modo que en el remoto caso de que se produzca una petición simultánea de las unidades, el mismo bus otorgue preferencia de paso a la unidad de mayor prioridad; así se evitan conflictos que podrían poner en riesgo la integridad de los datos.

Configuración maestro esclavo:

El método seguido en la interfase ATA para esta asignación de prioridades consiste en dar a cada unidad de disco un rango. En una computadora que posee un solo disco duro, éste queda configurado como “disco único”, con lo que el bus IDE “determinará” que cualquier solicitud de lectura o escritura de datos que se realice deberá ser direccionada a dicha unidad.
Sin embargo, cuando dos unidades trabajan en paralelo compartiendo el mismo bus, es necesario configurar uno de ellos como “maestro” ( Master), con lo que se le da mayor prioridad; mientras que el segundo disco deberá ser configurado como “ Esclavo” ( Slave), que como resulta obvio tendrá menor prioridad que el otro. En el caso de los discos SCSI, aunque comparten el mismo cable, cada uno de ellos debe ser configurado con una dirección diferente.
La configuración de un disco duro como maestro o esclavo se efectúa mediante unos puentes o jumpers ubicados en la controladora del disco IDE, debido a que los fabricantes no han establecido un estándar para la posición de estos puentes, la forma de configurar un disco Seagate como maestro puede ser distinta a la de un Maxtor o un Quantum.
En la actualidad, casi todos los fabricantes incluyen en las etiquetas de la parte superior del disco, la indicación de cómo configurarlo correctamente, pero hay casos en los que esta información ha sido omitida, así que solo queda como opción probar las distintas combinaciones posibles hasta encontrar la adecuada. Obviamente, esta solución es arriesgada y poco efectiva por lo que se recomienda sólo como último recurso.
Cuando se tengan dos unidades de disco duro instaladas en la computadora, se recomienda configurar como maestro el disco más nuevo, ya que su tecnología reciente permitirá un intercambio de información más rápido con la tarjeta madre.

INTERFAZ
IDE - SCSI- SATA

1.Es el método utilizado por el disco duro para conectarse al equipo, y puede ser de dos tipos: IDE o SCSI.

Todas las placas bases relativamente recientes, incluso desde las placas 486, integran una controladora de disco duro para interfaz IDE (normalmente con busPCI) que soporta dos canales IDE, con capacidad para dos discos cada una, lo que hace un total de hasta cuatro unidades IDE (disco duro, CD-ROM, unidad de backup, etc.)
Debemos recordar, sin embargo, que si colocamos en un mismo canal dos dispositivos IDE (e.g. disco duro+CD-Rom), para transferir datos uno tiene que esperar a que el otro haya terminado de enviar o recibir datos, y debido a la comparativa lentitud del CD-ROM con respecto a un disco duro, esto ralentiza mucho los procesos, por lo que es muy aconsejable colocar el CD-ROM en un canal diferente al de el/los discos duros.
La velocidad de un disco duro con interfaz IDE tambien se mide por el PIO (modo programado de entrada y salidad de datos), de modo que un disco duro con PIO-0 transfiere hasta 3,3MB/s, PIO-1 hasta 5,2MB/s, PIO-2 hasta 8,3MB/s. Estos modos anteriores pertenecen a la especificación ATA, pero en la especificación ATA-2 o EIDE, los discos duros pueden alcanzar PIO-3, hasta 11,1MB/s, o PIO-4, hasta 16,6MB/s. Los discos duros modernos soportan en su mayoría PIO-4.
Recientemente se ha implementado la especificación ULTRA-ATA o ULTRA DMA/33, que puede llegar a picos de transferencia de hasta 33,3MB/s. Este es el tipo de disco duro que hay que comprar, aunque nuestra controladora IDE no soporte este modo (sólo las placas base Pentiumcon chipset 430TX y las nuevas placas con chipsets de VIA y ALI, y la placas Pentium II con chipset 440LX y 440BX lo soportan), pues estos discos duros son totalmente compatibles con los modos anteriores, aunque no les sacaremos todo el provecho hasta que actualicemos nuestro equipo.

2.En cuanto al interfaz SCSI, una controladora de este tipo suele tener que comprarse aparte (aunque algunas placas de altas prestaciones integran este interfaz) y a pesar de su precio presenta muchas ventajas.
Se pueden conectar a una controladora SCSI hasta 7 dispositivos (o 15 si es WIDE SCSI)de tipo SCSI (ninguno IDE), pero no solo discos duros, CD-ROMS y unidades de BACKUP, sino también grabadoras de CD-ROM (las hay también con interfaz IDE), escáneres, muchas de las unidades de BACKUP, etc.
 Otra ventaja muy importante es que la controladora SCSI puede acceder a varios dispositivos simultáneamente, sin esperar a que cada uno acabe su transferencia, como en el caso del interfaz IDE, aumentando en general la velocidad de todos los procesos.

Las tasas de transferencia del interfaz SCSI vienen determinados por su tipo (SCSI-1, Fast SCSI o SCSI-2, ULTRA SCSI, ULTRA WIDE SCSI), oscilando entre 5MB/s hasta 80MB/s. Si el equipo va a funcionar como servidor, como servidor de base de datos o como estación gráfica, por cuestiones de velocidad, el interfaz SCSI es el más recomendable.

3.SATA:

 serial ATA. Utiliza un bus de serie para la transmisión de datos. Más rápidos y eficientes que los IDE.
El más novedoso de los estándares de conexión, utiliza un bus serie para la transmisión de datos. Notablemente más rápido y eficiente que IDE. Existen tres versiones, SATA 1 con velocidad de transferencia de hasta 150 MB/s (hoy día descatalogado), SATA 2 de hasta 300 MB/s, el más extendido en la actualidad; y por último SATA 3 de hasta 600 MB/s el cual se está empezando a hacer hueco en el mercado. Físicamente es mucho más pequeño y cómodo que los IDE, además de permitir conexión en caliente.


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