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Dispositivos Almacenamiento
 

Dispositivos Almacenamiento

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    Dispositivos Almacenamiento Dispositivos Almacenamiento Presentation Transcript

    • 5. Dispositivos de Almacenamiento. 5. Dispositivos de almacenamiento.
      • Dispositivos de almacenamiento magenético.
        • Estructura de disquete.
        • Estructura de disco duro.
        • Evolución histórica.
        • Evolución Tecnológica.
      • Dispositivos de almacenamiento óptico.
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético. 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
      • Estructura de disquete.
        • Organización de la información en pistas, sectores y caras.
        • 1 pista tiene un número constante de sectores -> Diferente concentración.
        • 1 sector = 512 bytes -> unidad mínima de almacenamiento.
        • Capacidad de disquete: nº pistas x nº sectores x 512 bytes x 2 caras.
        • Tasa de transferencia: nº de sectores x pista.
      sector 1 pista 0 pista 1 pista N (N es el número de sectores – 1)
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
      • Estructura de disco duro.
        • Tasa de transferencia de HD = 10 x tasa de transferencia disquete -> velocidad de giro mayor.
        • 100 sectores por pista en discos modernos.
        • Externamente:
          • Fuente de alimentación.
          • Ventilador.
          • Interfaz conexión PC.
          • Indicadores leds.
        • Internamente:
          • Alimentación: 5 V -> circuitos controladores, 12 V -> motores.
          • Interfaz de conexión con PC: Microcontrolador (8255).
          • Disco duro.
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
      • Estructura de disco duro (I).
        • Discos (Platters).
          • Aleación de vidrio, cerámica, aluminio + capa metálica.
          • Velocidad de giro: 3600, 7200 rpm.
          • 2 caras (0 y 1), una de ellas usualmente para control y la otra para datos.
        • Cabezas (Heads).
          • Apiladas.
          • Cabeza lectura/escritura en cada cara.
          • 1 ó más cabezas por cara -> reducción de la distancia de desplazamiento.
          • No tocan el disco -> cojín de aire.
          • Cabeza = Bobina de hilo -> accionado según campo magnético produciendo corriente.
        • Eje.
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
      • Estructura de disco duro (II).
        • Actuador (Actuator).
          • Motor que mueve la estructura de cabezas (Head Stack Assembly) HSA.
        • Cilindros (Cylinders).
          • 2 pistas (cara 0 y 1) -> 1 cilindro.
          • 2 pistas x M discos -> 1 cilindro.
        • Pistas (Stacks).
          • Aprox. 10.000, 1,74 Gbits/pulgada 2 .
        • Sectores (Sectors).
          • 512 bytes
        • Cluster.
          • Agrupación de sectores.
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
      • Estructura de disco duro (III).
        • Direccionamiento de sectores, Cylinder Head Sector (CHS)
          • El S.O. se encarga de agrupar los sectores formando clusters -> unidad mínima que el S.O. es capaz de direccionar.
          • Conversión CHS - LBA (Logical Block Addressing):
            • LBA = (Cilindro x nº de cabezas + Cabeza) x Sector/Pista + (Sector -1)
            • La BIOS utiliza la función Identify para saber en el arranque la capacidad del disco y lo pasa al HD en formato CHS.
      • Interfaz de conexión ATA/ATAPI (IDE) (I).
        • 1990 -> ANSI -> estándar ATA (Advanced Technology Attachment, Anexo de Tecnología Avanzada)
        • IDE -> Integrated Disk Electronic.
        • EIDE -> Enhanced IDE.
        • ATAPI -> ATA Packet Interface.
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
      • Interfaz de conexión ATA/ATAPI (IDE) (II).
        • IDE -> sucesora ST506/412 -> 1ª interfaz de discos duros.
          • 528 MB -> cilindros: 1024, cabezales: 16, sectores: 63, capacidad sector: 512 bytes.
          • 8,4 GB (de 16 a 255 cabezales).
          • int 13h (BIOS).
          • 1 tarjeta controladora IDE -> 2 HD (maestro/esclavo) y 2 disquetes.
      • Tiempo medio de acceso, T A = T S + T R + T X .
        • Movimientos de cabezas: T S , tiempo de búsqueda o localización.
          • Teniendo en cuenta la inercia: T S = n x T C x T H .
            • n -> nº de cilindros a pasar.
            • T C -> tiempo de paso entre cilindros consecutivos.
            • T H -> tiempo relacionado con la inercia del cabezal.
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
        • Búsqueda de sector: T R , tiempo de latencia o demora de rotación.
        • Tiempo de transmisión: T X , para lectura o escritura.
        • En discos magnéticos flexibles hay que tener en cuenta el tiempo de arranque del motor, T M .
        • Ej. Tiempos HD: T C ≈ 0,1 – 0,3 ms.T H ≈ 3 – 20 ms.
        • Grabación de información en sectores:
          • Basado en cambios de flujos:
          • FM (Frequency Modulation): cambios de flujo para 1, no cambios de flujo para 0.
            • Inconveniente: cada bit de datos implica uno o dos cambios de flujo. Esto reduce a la mitad la capacidad del HD.
          • MFM (Modified FM): 1: se graba un pulso único, 0: se desfasa cambio de flujo.
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
          • RLL (Run Length Limited): 1: cambio de flujo, 0: ausencia de cambio de flujo. Restricciones: no puede haber muchos unos seguidos ni muchos ceros seguidos. Para subsanar estos problemas se introduce una codificación mediante patrones (RLL 2,7 y RLL 3,9).
            • Ej: Patrón de bits a guardar Código
          • 11 1000 Mejora un 50%. Es implementado en discos duros que siguen el estándar IDE. ST-506.
      T T 1 T T 0 1 1 T 0 T T 0 T 1 0 FM MFM
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
        • Manejo de errores:
          • Errores de programación: petición de acceso a sectores inexistentes.
          • Errores de tránsito de datos: CRC.
          • Errores permanentes: superficie magnética dañada –> identificación de superficie dañada en FAT.
          • Errores de localización.
          • Error del controlador.
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
      • Evolución histórica (I):
        • Década 1950s: IBM plantea el problema de transferencia de datos desde su central en la costa este hasta su centro en San José (California).
        • Enero 1953: Requerimientos: 800 micras entre cabeza y disco. Estado actual de los discos planos: 20000 micras a 1200 rpm.
        • Febrero 1954: Éxito al pasar de tarjetas perforadas a discos.
        • Septiembre 1956: Aparece el IBM 350 que implementa el sistema RAMAC: Random Access Method of Accounting and Control. Características:
          • Capacidad: 5 millones de caracteres de 7 bits.
          • Electrónica: tubos de vacío.
          • Discos de aluminio de 60 cm recubiertos con óxido de hierro.
          • Tamaño: el de un frigorífico con 1 Tm de peso.
          • Coste: 189.950 $.
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
      • Evolución histórica (II):
        • En 1967, el equipo de investigación de San José liderado por Alan Shugart, realiza estudios para disquete. Un ingeniero del equipo, David Noble propone el disco de 8 pulgadas con camisa protectora de tela, conocido como floppy.
        • 1969: Shugart deja IBM llevándose más de 100 ingenieros a la empresa Memorex.
        • 1971: IBM introduce el primer disco de memoria (memory disk) de 8 pulgadas.
        • 1973: Shugart deja Memorex, se lleva a muchos ingenieros y crea Shugart Associates para desarrollar discos flexibles. Crea la interfaz que se popularizará por IBM.
        • 1974: Shugart quiere introducir procesadores y discos de flexibles en sistemas completos. Los socios de Shugart quieren centrarse en el disco floppy. Despiden a Shugart. Wang Laboratories solicita el disco de 5 ¼ y Shugart Associates lo fabrica.
    • 5.1. Dispositivos de almacenamiento magnético.
      • Evolución histórica (III):
        • En 1979: La empresa Finis Conner sontrata a Shugart para fabricar floppies de 5 ¼, creando la entidad Seagate Technology y dando lugar al disco duro de 6 MB con interfaz de comunicación, conocido como ST-506.
        • 1981: Sony saca al mercado el dico flexible de 3½ aceptado por APPLE, IBM y HP.
        • 1981: Aparición del ST-412 con búsqueda prealmacenada. Consitituye el formato IDE (Integrated Drive Electronics), el cual es estandarizado por el organismo ANSI en 1990, con el nombre ATA (Advanced Technology Attachment). Se trata de un disco duro con controlador integrado en la pletina y que implementa técnicas de verificación activa de errores.
        • 1995: EIDE (incluye controladora de CD-ROM). Estandarizado como ATAPI (Advanced Technology Attachment Packect Interface).
    • Evolución Tecnológica 5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico.
      • El sistema IDE ( Integrated Device Electronics , "Dispositivo con electrónica integrada") o ATA ( Advanced Technology Attachment ,) controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI ( Advanced Technology Attachment Packet Interface ) y además añade dispositivos como las unidades CD - ROM .
      • En el sistema IDE el controlador del dispositivo se encuentra integrado en la electrónica del dispositivo. Las diversas versiones de sistemas ATA son:
        • Paralell ATA (algunos estan utilizando la sigla PATA)
        • ATA-1
        • ATA-2, soporta transferencias rápidas en bloque y multiword DMA.
        • ATA-3, es el ATA2 revisado.
        • ATA-4, conocido como Ultra-DMA o ATA-33 que soporta transferencias en 33 MBps.
        • ATA-5 o Ultra ATA/66, originalmente propuesta por Quantum para transferencias en 66 MBps.
        • ATA-6 o Ultra ATA/100, soporte para velocidades de 100MBps.
        • ATA-7 o Ultra ATA/133, soporte para velocidades de 133MBps.
        • Serial ATA , remodelación de ATA con nuevos conectores (alimentación y datos), cables, tensión de alimentación y conocida por algunos como SATA.
    • Evolución Tecnológica 5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico. Las controladoras IDE casi siempre están incluidas en la placa base , normalmente dos conectores para dos dispositivos cada uno. De los dos discos duros, uno tiene que estar como esclavo y el otro como maestro para que la controladora sepa a/de qué dispositivo mandar/recibir los datos. La configuración se realiza mediante jumpers . Habitualmente, un disco duro puede estar configurado de una de estas tres formas: Como maestro ('master') . Si es el único dispositivo en el cable, debe tener esta configuración, aunque a veces también funciona si está como esclavo. Si hay otro dispositivo, el otro debe estar como esclavo. Como esclavo ('slave') . Debe haber otro dispositivo que sea maestro. Selección por cable ( cable select ) . El dispositivo será maestro o esclavo en función de su posición en el cable. Si hay otro dispositivo, también debe estar configurado como cable select . Si el dispositivo es el único en el cable, debe estar situado en la posición de maestro. Para distinguir el conector en el que se conectará el primer bus Ide (Ide 1) se utilizan colores distintos.
    • Evolución Tecnológica 5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico. Este diseño (dos dispositivos a un bus) tiene el inconveniente de que mientras se accede a un dispositivo el otro dispositivo del mismo conector IDE no se puede usar. En algunos chipset (Intel FX triton) no se podría usar siquiera el otro IDE a la vez. Este inconveniente está resuelto en S-ATA y en SCSI , que pueden usar dos dispositivos por canal. Los discos IDE están mucho más extendidos que los SCSI debido a su precio mucho más bajo. El rendimiento de IDE es menor que SCSI pero se están reduciendo las diferencias. El UDMA hace la función del Bus Mastering en SCSI con lo que se reduce la carga de la CPU y aumenta la velocidad y el Serial ATA permite que cada disco duro trabaje sin interferir a los demás. De todos modos aunque SCSI es superior se empieza a considerar la alternativa S-ATA para sistemas informáticos de gama alta ya que su rendimiento no es mucho menor y su diferencia de precio sí resulta más ventajosa.
    • Evolución Tecnológica 5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico.
    • Evolución Tecnológica 5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico. IDE (Integrated device Electronics) o ATA (Advanced Technology Attachment) Conectores IDE Interface SATA ( Serial ATA )
    • Evolución Tecnológica 5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico. SCSI , acrónimo inglés S mall C omputer S ystem I nterface , es un interfaz estándar para la transferencia de datos entre distintos dispositivos en el bus de la computadora . Para montar un dispositivo SCSI en un ordenador es necesario que tanto el dispositivo como la placa madre dispongan de un controlador SCSI. Es habitual que el dispositivo venga con un controlador de este tipo, pero no siempre es así, sobre todo en los primeros dispositivos. Se utiliza habitualmente en los discos duros y los dispositivos de almacenamiento sobre cintas, pero también interconecta una amplia gama de dispositivos, incluyendo scanners, unidades CD-ROM , grabadoras de CD , y unidades DVD . De hecho, el estándar SCSI entero promueve la independencia de dispositivos, lo que significa que teóricamente cualquier cosa puede ser hecha SCSI (incluso existen impresoras que utilizan SCSI). En el pasado, era muy popular entre todas las clases de ordenadores. Actualmente sigue siendo popular en lugares de trabajo de alto rendimiento, servidores, y periféricos de gama alta. Los ordenadores de sobremesa y los portátiles utilizan habitualmente las interfaces más lentas de IDE para los discos duros y USB (el USB emplea un conjunto de comandos SCSI para algunas operaciones) así como Firewire a causa de la diferencia de coste entre estos dispositivos. Se está preparando un sistema SCSI en serie , denominado Serial Attached SCSI o SAS , que además es compatible con SATA , dado que utiliza el mismo conector, por lo tanto se podrán conectar unidades SATA en una controladora SAS.
    • Evolución Tecnológica 5.2. Dispositivos de almacenamiento óptico.
      • Tipos de SCSI
      • SCSI 1 Bus de 8 bits . Velocidad de transmisión de datos a 5 Mbps . Su conector genérico es de 50 pins (conector Centronics) y baja densidad. La longitud máxima del cable es de seis metros. Permite hasta 8 dispositivos (incluida la controladora), identificados por las direcciones 0 a 7.
      • SCSI 2 Fast: Con un bus de 8, dobla la velocidad de transmisión (de 5 Mbps a 10 Mbps). Su conector genérico es de 50 pins y alta densidad. La longitud máxima del cable es de tres metros. Permite hasta 8 dispositivos (incluida la controladora), identificados por las direcciones 0 a 7.
      • Wide: Dobla el bus (pasa de 8 a 16 bits). Su conector genérico es de 68 pins y alta densidad. La longitud máxima del cable es de tres metros. Permite hasta 16 dispositivos (incluida la controladora), identificados por las direcciones 0 a 15.
    • Evolución Tecnológica
      • SCSI 3 1.- SPI: SCSI 3 (Parallel Interface o Ultra SCSI).
        • 1.1.-Ultra: Dispositivos de 8 bits con velocidad de ejecución de 20 Mb/s. Su conector genérico es de 50 pins y alta densidad. La longitud máxima del cable es de tres metros. Admite un máximo de 8 dispositivos. También se conoce como Fast 20 o SCSI-3.
        • 1.2.-Ultra Wide: Dispositivos de 16 bits con velocidad de ejecución de 40 Mb/s. Su conector genérico es de 68 pins y alta densidad. La longitud máxima del cable es de 1,5 metros. Admite un máximo de 15 dispositivos . También se conoce como Fast SCSI-3.
        • 1.3.-Ultra 2: Dispositivos de 16 bits con velocidad de ejecución de 80 Mb/s. Su conector genérico es de 68 pines y alta densidad. La longitud máxima del cable es de doce metros. Admite un máximo de 15 dispositivos.
    • Evolución Tecnológica
      • 2.- Firewire (IEEE 1394).
      • 3.- SSA: Serial Storage Arquitecture . De IBM. Usa full-duplex con canales separados.
      • 4.- FC-AL: Fibre Channel Arbitrated Loop . Usa cables de fibra óptica (hasta 10 km) o coaxial (hasta 24 m). Con una velocidad máxima de 100Mbps.
      • Características de SCSI Utilizan CCS ( Command Common Set ). Es un conjunto de comandos para acceder a los dispositivos que los hacen más o menos compatibles.
      • SCSI 1, SCSI2 y SCSI 3.1(SPI) conectan los dispositivos en paralelo . SCSI 3.2(Firewire), SCSI 3.3(SSA) y SCSI 3.4(FC-AL) conectan los dispositivos en serie .
      • Hacen falta terminadores ( jumpers , por BIOS , físicos) en el inicio y fin de la cadena.
      • Número máximo de dispositivos: La controladora cuenta como un dispositivo (identificador 7, 15) BUS Dispositivos Identificadores Conector 8 bits 7 Del 0 al 6 50 pins 16 bits 15 Del 0 al 14 68 pins