unidades de almacenamiento
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LOS DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO
1..- ¿Qué es una unidad de almacenamiento?
Las unidades de almacenamiento son dispositivos periféricos del sistema,
que actúan como medio de soporte para la grabación de los programas de
usuario, y de los datos y ficheros que son manejados por las aplicaciones
que se ejecutan en estos sistemas.
Las unidades de almacenamiento masivo de información objeto de esta guía
se utilizan en todos los entornos informáticos existentes: entornos
centralizados de mainframes, entornos distribuidos cliente-servidor, entornos
monopuesto de sobremesa, entornos monopuesto portátiles, etc.
Por ejemplo:
La memoria de la computadora (RAM) es un lugar provisional de
almacenamiento para los archivos que usted usa. La mayoría de la
información guardada en la RAM se borra cuando se apaga la computadora.
Por lo tanto, su computadora necesita formas permanentes de
almacenamiento para guardar y recuperar programas de software y archivos
de datos que desee usar a diario. Los dispositivos de almacenamiento
(también denominados unidades) fueron desarrollados para satisfacer esta
necesidad.
Los siguientes constituyen los tipos más comunes de dispositivos de
almacenamiento:
Unidades de Disco Duro.
Unidades de Disquete.
Unidades de compresión ZIP.
Unidades de CD.
Unidades DVD.
Unidad para Cinta.
1.1 COMO IDENTIFICAR LAS DE ALMACENAMIENTO?
La unidad de disco duro (1) se encuentra adentro de la computadora y no es
necesario obtener acceso a la misma. Puede obtener acceso a la unidad de
CD (2) y la unidad de disquetes desde el panel frontal de la computadora. La
unidad de CD consiste en un
dispositivo de 5,25 pulgadas
con una ranura cubierta o
con una bandeja deslizable,
un botón de carga/expulsión
y un indicador de actividad
luminoso. La unidad de
disquetes (3) consiste en un
dispositivo de 3,5 pulgadas
con una ranura cubierta, un
botón de expulsión y un indicador de actividad luminoso. Para ver la
ubicación de estas unidades, seleccione la computadora de la lista que se
encuentra al fondo de esta página.
1.2 CLASIFICACION DE LAS UNIDADES EN UNA COMPUTADORA.
Usted debe saber la clasificación (la letra) de la unidad para que puede
indicarle a la computadora dónde guardar los archivos o dónde recuperar los
archivos que necesita. Las unidades se designan por letra del alfabeto. La
unidad de disco duro (3) es designa comúnmente con la letra C, la unidad de
disquetes(2) con la A y la unidad de CD(3) con la D.
Para averiguar la designación de una
unidad instalada en la computadora,
haga doble clic en el icono Sistema en el
Panel de Control. Haga clic en la
lengüeta Administrador de Dispositivos y
haga doble clic en el dispositivo de su
elección. Bajo la lengüeta
Configuraciones, usted verá la asignación actual de letras de unidades.
1. Unidad de Disco Duro
2. Unidad de CD
3. Unidad de Disquetes
La unidad de disco duro se designa
como unidad C, la unidad de CD como
unidad D y la unidad de disquete como
unidad A. Sin embargo, si la unidad de
disco duro está particionada, se designa como C y D, y la unidad de CD
queda como unidad E.
2 EL DISCO DURO
El disco duro es el sistema de
almacenamiento más importante
de su computador y en el se
guardan los archivos de los
programas - como los sistemas
operativo D.O.S. o Windows 95, las
hojas de cálculo (Excel, Qpro,
Lotus) los procesadores de texto (Word, WordPerefct, Word Star, Word Pro),
los juegos (Doom, Wolf, Mortal Kombat) - y los archivos de cartas y otros
documentos que usted produce.
La mayoría de los discos duros en los computadores personales son de
tecnología IDE (Integrated Drive Electronics), que viene en las tarjetas
controladoras y en todas las tarjetas madres (motherboard) de los equipos
nuevos. Estas últimas reconocen automáticamente (autodetect) los discos
duros que se le coloquen, hasta un tamaño de 2.1 gigabytes.
La tecnología IDE de los discos duros actuales ha sido mejorada y se le
conoce como Enhaced IDE (EIDE), permitiendo mayor transferencia de datos
en menor tiempo. Algunos fabricantes la denominan Fast ATA-2. Estos discos
duros son más rápidos y su capacidad de almacenamiento supera un
gigabyte. Un megabyte (MB) corresponde aproximadamente a un millón de
caracteres y un gigabyte (GB) tiene alrededor de mil megabytes. Los nuevos
equipos traen como norma discos duros de 1.2 gigabytes.
Las motherboards anteriores con procesadores 386, y las primeras de los
486, reconocen solo dos discos duros, con capacidad hasta de 528
megabytes cada uno y no tienen detección automática de los discos. Para
que estas motherboards reconozcan discos duros de mayor capacidad, debe
usarse un programa (disk manager) que las engaña, haciéndoles creer que
son de 528 megabytes.
Si su computador es nuevo, la motherboard le permite colocar hasta cuatro
unidades de disco duro. El primer disco duro se conoce como primario
master, el segundo como primario esclavo, el tercero como secundario
master y el cuarto como secundario esclavo. El primario master será siempre
el de arranque del computador (C :\>).
La diferencia entre master y esclavo se hace mediante un pequeño puente
metálico (jumper) que se coloca en unos conectores de dos paticas que tiene
cada disco duro. En la cara superior del disco aparece una tabla con el dibujo
de cómo hacer el
puente de master,
esclavo o master
con esclavo
presente.
2.1 LA ESTRTUCTURA DEL DISCO DURO
La estructura física de un disco
es la siguiente: un disco duro se
organiza en platos (PLATTERS), y
en la superficie de cada una de
sus dos caras existen pistas
(TRACKS) concéntricas, como
surcos de un disco de vinilo, y las
pistas se dividen en sectores
(SECTORS). El disco duro tiene
una cabeza (HEAD) en cada lado de cada plato, y esta cabeza es movida por
un motor servo cuando busca los datos almacenados en una pista y un
sector concreto.
El concepto "cilindro" (CYLINDER) es un parámetro de organización: el
cilindro está formado por las pistas concéntricas de cada cara de cada plato
que están situadas unas justo encima de las otras, de modo que la cabeza
no tiene que moverse para acceder a las diferentes pistas de un mismo
cilindro.
En cuanto a organización lógica, cuando damos formato lógico (el físico, o a
bajo nivel, viene hecho de fábrica y no es recomendable hacerlo de nuevo,
excepto en casos excepcionales, pues podría dejar inutilizado el disco) lo que
hacemos es agrupar los sectores en unidades de asignación (CLUSTERS) que
es donde se almacenan los datos de manera organizada. Cada unidad de
asignación sólo puede ser ocupado por un archivo (nunca dos diferentes),
pero un archivo puede ocupar más de una unidad de asignación.
2.2 COMO FUNCIONA EL DISCO DURO
Cuando usted o el software
indica al sistema operativo a
que deba leer o escribir a un
archivo, el sistema operativo
solicita que el controlador del
disco duro traslade los
cabezales de lectura/escritura a
la tabla de asignación de
archivos (FAT). El sistema
operativo lee la FAT para determinar en qué punto comienza un archivo en el
disco, o qué partes del disco están disponibles para guardar un nuevo
archivo.
Los cabezales escriben datos en los platos al alinear partículas magnéticas
sobre las superficies de éstos. Los cabezales leen datos al detectar las
polaridades de las partículas que ya se han alineado.
Es posible guardar un solo archivo en racimos diferentes sobre varios platos,
comenzando con el primer racimo disponible que se encuentra. Después de
que el sistema operativo escribe un nuevo archivo en el disco, se graba una
lista de todos los racimos del archivo en la FAT.
Un ordenador funciona al ritmo marcado por su componente más lento, y por
eso un disco duro lento puede hacer que tu MAQUINA sea vencida en
prestaciones por otro equipo menos equipado en cuanto a procesador y
cantidad de memoria, pues de la velocidad del disco duro depende el tiempo
necesario para cargar tus programas y para recuperar y almacenar tus datos.
2.3 CARACTERISTICAS DEL DISCO DURO
A continuación vamos a indicar los factores o características básicas que se
deben tener en cuenta a la hora de comprar un disco duro.
2.3.1 Capacidad de almacenamiento
La capacidad de almacenamiento hace referencia a la cantidad de
información que puede grabarse o almacenar en un disco duro. Hasta hace
poco se medía en Megabytes (Mg), actualmente se mide en Gigabytes (Gb).
Comprar un disco duro con menos de 3,5 GIGAS de capacidad dará lugar a
que pronto te veas corto de espacio, pues entre el sistema operativo y una
suite ofimática básica (procesador de texto, base de datos, hoja de cálculo y
programa de presentaciones) se consumen en torno a 400 MB.
Si instalas los navegadores de MICROSOFT y NETSCAPE suma otros 100MB;
una buena suite de tratamiento gráfico ocupa en torno a 300MB y hoy en día
muchos juegos ocupan más de 200MB en el disco duro.
Ya tenemos en torno a 1,5 GIGAS ocupados y aún no hemos empezado a
trabajar con nuestro ordenador.
Si nos conectamos a Internet, vernos que nuestro disco duro empieza a tener
cada vez menos espacio libre, debido a esas páginas tan interesantes que
vamos guardando, esas imágenes que resultarán muy útiles cuando
diseñemos nuestra primera Página WEB y esas utilidades y programas
SHAREWARE que hacen nuestro trabajo más fácil.
2.3.2 Velocidad de Rotación (RPM)
Es la velocidad a la que gira el disco duro, más exactamente, la velocidad a
la que giran el/los platos del disco, que es donde se almacenan
magnéticamente los datos. La regla es: a mayor velocidad de rotación, más
alta será la transferencia de datos, pero también mayor será el ruido y mayor
será el calor generado por el disco duro. Se mide en número revoluciones por minuto (
RPM). No debe comprarse un disco duro IDE de menos de 5400RPM (ya hay
discos IDE de 7200RPM), a menos
que te lo den a un muy buen
precio, ni un disco SCSI de menos
de 7200RPM (los hay de
10.000RPM). Una velocidad de
5400RPM permitirá una
transferencia entre 10MB y 16MB
por segundo con los datos que están en la parte exterior del cilindro o plato,
algo menos en el interior.
2.3.3 Tiempo de Acceso (Access Time)
Es el tiempo medio necesario que tarda la cabeza del disco en acceder a los
datos que necesitamos. Realmente es la suma de varias velocidades:
* El tiempo que tarda el disco en cambiar de una cabeza a otra cuando
busca datos.
* El tiempo que tarda la cabeza lectora en buscar la pista con los datos
saltando de una a otra.
* El tiempo que tarda la cabeza en buscar el sector correcto dentro de
la pista.
Es uno de los factores más importantes a la hora de escoger un disco duro.
Cuando se oye hacer ligeros clicks al disco duro, es que está buscando los
datos que le hemos pedido. Hoy en día en un disco moderno, lo normal son
10 milisegundos.
2.3.4 Memoria CACHE (Tamaño del BUFFER)
El BUFFER o CACHE es una
memoria que va incluida en la
controladora interna del disco
duro, de modo que todos los
datos que se leen y escriben a
disco duro se almacenan
primeramente en el buffer. La
regla de mano aquí es 128kb-
Menos de 1 Gb, 256kb-1Gb,
512kb-2Gb o mayores.
Generalmente los discos traen
128Kb o 256Kb de cache.
Si un disco duro está bien organizado (si no, utilizar una utilidad
desfragmentadora: DEFRAG, NORTON SPEEDISK, etc.), la serie de datos que
se va a necesitar a continuación de una lectura estará situada en una
posición físicamente contigua a la última lectura, por eso los discos duros
almacenas en la caché los datos contiguos, para proporcionar un acceso
más rápido sin tener que buscarlos. De ahí la conveniencia de desfragmentar
el disco duro con cierta frecuencia.
El buffer es muy útil cuando se está grabando de un disco duro a un CD-
ROM, pero en general, cuanto más grande mejor, pues contribuye de modo
importante a la velocidad de búsqueda de datos.
2.3.5 Tasa de transferencia (Transfer Rate)
Este número indica la cantidad de datos un disco puede leer o escribir en la
parte más exterior del disco o plato en un periodo de un segundo.
Normalmente se mide en Mbits/segundo, y hoy en día, en un disco de
5400RPM, un valor habitual es 100Mbits/s, que equivale a 10MB/s.
2.3.6 Interfaz (Interface) – IDE - SCSI
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 bus PCI) 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 también se mide por el PIO
(modo programado de entrada y salida 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 Pentium con 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.
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.
* GLOSARIO BASICO.
Bit
La unidad más pequeña de información; también el espacio de disco que se
usa para guardar esta información.
Byte (Unidad de información)
Ocho bits de información; 1024 bytes son iguales a un kilobyte (KB), 1024
kilobytes son iguales a un megabyte (MB), 1024 megabytes son iguales a un
gigabyte (GB).
Cabezales de Lectura/Escritura
La parte de una unidad de disco que realmente lee y escribe la
información en el disco.
De Sola Lectura/Protección Contra Escritura
Información guardada que se puede ver y usar pero que no se puede
cambiar.
Disco
Una unidad con un plato o más que se usan para guardar información.
Hacer Copia de Seguridad
Una copia doble almacenada de la información de disco.
Memoria intermedia
Un área de almacenamiento de la memoria que guarda información que
se traslada de un lugar a otro hasta que el dispositivo receptor esté listo
para aceptarla.
Particionado
División de una unidad de disco duro de gran capacidad (por ejemplo, de
6,5 gigabytes) en dos o más unidades virtuales.
Pista
Una vía de acceso singular y circular en un lado de un disco o una cinta.
Tabla de Asignación de Archivos (FAT)
Área de un disco que se mantiene al tanto de cuáles racimos del disco están
ocupados y cuáles están disponibles.
3.- Conceptos y funcionalidades básicas de las unidades de
almacenamiento.
En este apartado se describen los conceptos técnicos relacionados con los
dispositivos de almacenamiento masivo de información y se relacionan las
principales características definitorias y diferenciadoras de los dispositivos
de almacenamiento de información más extendidos.
Los conceptos generales aplicables a unidades de almacenamiento son:
Composición de los medios de grabación magnética
Los medios de grabación magnética consisten en un soporte que bien puede
ser rígido (discos duros) o blando (discos flexibles o disquetes, cintas, etc.),
sobre el que se deposita una fina película magnética para su grabación. Esta
película está compuesta de diferentes materiales magnéticos: óxido de
hierro, de cromo, de hierro-cobalto, de cobalto-níquel, etc.
Para el almacenamiento de los datos se crean dominios magnéticos de
polarización inversa a la dirección preferente de polarización que tiene la
película magnética. Cada dominio magnético se corresponde a un punto de
memoria o bit. Para aumentar la densidad de grabación, esta dirección
preferente de polarización debe ser perpendicular a la película magnética.
Las características de estos dispositivos vienen determinadas por las
propiedades de la capa magnetizable y del soporte, las cuales determinan la
densidad de grabación y la relación señal/ruido de lectura.
Modos de grabación y lectura magnéticos
Los transductores de lectura y escritura para grabación magnética se
componen de una cabeza de estructura toroidal, con un arrollamiento por el
que circulan las "corrientes eléctricas de lectura y/o escritura" dependiendo
de que exista un único transductor o dos, uno para lectura y otro para
escritura. El núcleo de la cabeza se construye de ferrita o laminado de hierro.
En la operación de escritura se hace pasar una pequeña corriente por la
cabeza, la cual produce un campo magnético que magnetiza la película de
material magnético que se mueva en su proximidad. Invirtiendo el sentido de
la corriente se invierte el sentido del campo y, por tanto, el sentido de
magnetización del soporte.
En la operación de lectura, se hace pasar un soporte grabado
magnéticamente cuyos cambios de magnetización, en los bordes de los
dominios, producen unos cambios magnéticos en la cabeza que, a su vez,
inducen corrientes en el arrollamiento, proporcionales a la densidad de flujo
magnético.
Los códigos de grabación más comunes son los que relacionan a
continuación:
o Código RZ
La grabación de medios magnéticos, utilizando códigos RZ (Return to Zero,
Retorno a Cero), consiste en grabar dominios de magnetización inversa,
mediante impulsos de corriente en sentidos contrarios. De este modo se
obtienen dos impulsos por cada bit grabado o detectado: un impulso
negativo seguido de uno positivo si se detecta un cero, o un impulso positivo
seguido de uno negativo si se detecta un uno. El tamaño de los dominios
viene determinado por el ancho de los impulsos y por la velocidad con la que
se desplace el medio de grabación.
Las ventajas de este código son que tiene grabado el reloj de lectura y
permite diferenciar entre el "1" y el "0". Su inconveniente es que se
desperdicia mucho espacio, pues las zonas desmagnetizadas que existen
entre cada dos dominios no guardan información, con lo que la densidad de
almacenamiento que es posible alcanzar es muy baja.
o Código NRZ
El código NRZ (Non Return to Zero) es similar al RZ pero se han eliminado las
zonas desmagnetizadas. Sólo se obtienen impulsos para los cambios de "1"
a "0" y de "0" a "1".
Este código necesita sincronización externa. La pérdida de sincronización no
se detecta y produce información errónea. En el caso de producirse un error,
quedan afectados todos los bits posteriores. Su ventaja es que permite una
gran densidad de grabación.
o Código NRZI
En el código NRZI (Non Return to Zero Inverted), variante del código NRZ, se
representan únicamente los "1" por cambio en la polaridad del medio
magnético, que se traduce en un impulso durante la operación de lectura. La
inexistencia de señal se interpreta como un "0".
Este código necesita sincronización externa y como sucede con el código
NRZ, no se detecta la pérdida de sincronización pero en este caso el error ya
no se propaga. Si se utiliza un bit de paridad se asegura que siempre exista
un "1", con lo que ya queda garantizado la generación del reloj.
La ventaja de este código es que permite una gran densidad de grabación.
Es muy utilizado en la grabación de las cintas magnéticas, en donde el reloj y
la sincronización se graban en una pista auxiliar, que sirve además de bit de
paridad para la corrección de errores.
o Código FM
Este código es una modificación del código NRZ, donde se ha introducido un
impulso auxiliar de reloj por bit, pero que ha de sincronizarse. Su ventaja es
que permite utilizar una sola pista, pero la falta de un impulso de reloj
conlleva la pérdida de sincronismo.
En el código FM (Frecuency Modulation) la falta de señal continúa
interpretándose como un "0".
Con este código sólo es necesario utilizar una sola pista, pero su densidad de
grabación es la mitad que en el código NRZ debido al espacio que ocupan los
impulsos de reloj. Este código es muy utilizado en los disquetes de simple
densidad y en muchas unidades de disco.
o Código PE
En el código PE (Phase Encoding) un "0" es representado por un impulso
negativo, mientras un "1" se representa por un impulso positivo. Así, el reloj
está autocontenido pues cada bit representa un impulso. Es necesario
eliminar los impulsos auxiliares pero la sincronización es muy fácil.
Con este código, teóricamente, se obtendría una densidad de grabación
mitad que con el código NRZI, pero su propiedad de reloj autocontenido
permite que en la práctica se comprima más la información. Este código es
muy utilizado en las cintas magnéticas de mayor densidad de grabación.
o Código RB
El código RB (Return to Bias) es una evolución del código RZ con la variación
de que las zonas desmagnetizadas se polarizan negativamente. Así, un "1"
se representa como en el código RZ, mientras que la falta de señal se
interpreta como un "0", del mismo modo que sucede en el código NRZI.
Este código requiere reloj externo, pero la sincronización es automática. La
densidad de grabación que se alcanza con este código es la mitad que la que
es posible obtener con el NRZI.
o Código MFM
El código MFM (Modified Frecuency Modulation) se deriva del código FM, en
donde se han eliminado los impulsos de reloj innecesarios.
Las propiedades de este código son parecidas a las del FM, pero permite
tener una densidad de grabación doble. Este código es muy utilizado en la
grabación de los disquetes de doble densidad.
A continuación se incluye una tabla en donde se resumen las principales
características de todos los modos de grabación y lectura magnéticos.
Cód. Descripción Reloj Densidad
Grabación
Aplicación
RZ Cada bit es codificado un
dominio magnético del sentido
de polarización que corresponda
al valor de cada bit,con retorno al
nivel cero (zona desmagneti-
zada) por cada bit.
Autocontenido Muy baja Poco utilizado
NRZ Cada bit es codificado como un
dominio magnético del sentido
de polarización que corresponda
al valor de cada bit, pero sin
retorno de cero.
Externo Alta Poco utilizado
NRZ
I
Solamente se codifican los bits
igual a "1" por un cambio en el
sentido de la polarización del
dominio correspondiente a ese
bit.
Externo Alta Cintas
magnéticas
FM Idéntico al NRZ, en donde se
introduce un impulso auxiliar de
reloj por bit.
Autocontenido Mitad que
con el NRZ
Discos y
disquetes de
densidad simple
PE Cada bit, dependiendo de que
éste sea un "1" o un "0", es
codificado como un cambio, en
uno u otro sentido, de la
dirección de polarización del
dominio que corresponda a ese
bit.
Autocontenido Teóricame
nte la
mitad que
con el
NRZI
Cintas
magnéticas de
alta densidad
RB Idéntico al RZ, en donde las
zonas desmagnetizadas se
polarizan negativamente.
Externo Mitad que
con el
NRZI
Poco utilizado
Capacidad
El concepto de capacidad es, tal vez, el primero de todos los que se deberían
evaluar.
o Discos
La capacidad de almacenamiento de los discos se organiza en cilindros,
pistas y sectores. En un sistema de varias superficies y cabeza móvil,
aquellas pistas que se acceden en una misma posición de la cabeza
constituyen un cilindro.
Una pista es la tira del soporte de almacenamiento que gira delante de una
cabeza. En los sistemas de cabeza fija cada una de éstas define una pista,
mientras en los sistemas de cabeza móvil, ésta puede adoptar una serie de
posiciones y cada posición de la cabeza define una pista. Las pistas se
encuentran divididas en unidades de almacenamiento menores
denominadas segmentos. Un sector lo constituye el conjunto de segmentos
concéntricos de cada una de las pistas.
Cada unidad de información que es transferida en un acceso constituye un
sector. Estos se definen durante el proceso de dar formato al disco. En el
caso de los disquetes su superficie se divide únicamente en pistas y
sectores. Sólo en los sistemas de varias superficies tiene cabida la definición
de cilindro.
El direccionamiento de la información deseada exige la selección de la
cabeza correspondiente, para seleccionar el cilindro adecuado; el
posicionamiento de la cabeza, en caso de ser móvil; y la interpretación de la
información leída de la pista, para llegar a seleccionar el sector deseado.
Es importante incidir que no toda la capacidad de la unidad de
almacenamiento es aprovechable. Durante el proceso de dar formato al
disco se especifica la información de direccionamiento, y en algunos casos la
de sincronismo, que permiten que la información que se almacene en estos
dispositivos se pueda recuperar.
Debido a este proceso, siempre obligatorio, de la capacidad de
almacenamiento bruta que posee el dispositivo sólo se puede destinar para
MF
M
Idéntico al FM, en donde se
eliminan los impulsos de reloj
innecesarios.
Autocontenido Doble que
con el FM
Disquetes de
doble densidad
el almacenamiento de datos un determinado porcentaje, que es la capacidad
de almacenamiento neta o capacidad formateada.
o Cintas
La capacidad de almacenamiento bruta de las cintas viene determinada por
la longitud de éstas y por la densidad de grabación (número de bits que
pueden ser grabados por pulgada). No obstante, tampoco puede utilizarse
toda su capacidad bruta para grabar información ya que también hay que
guardar la información de dirección para poder acceder a la zona de datos
deseada. Además, las poleas necesitan un cierto tiempo para parar y
alcanzar la velocidad de régimen de la cinta, por lo que hay que dejar unos
claros o zonas muertas entre los registros independientes, los denominados
IRG (Inter Register Gaps).
A la capacidad real aprovechable, igual que en los discos, se le denomina
capacidad formateada. Para disminuir el número de zonas muertas entre
registros (IRG), éstos se agrupan en bloques o ficheros, sin claros entre ellos,
y se define un directorio en la cabecera del fichero que especifica los
registros que contiene guardando la información de dirección y de
sincronismo. Al final del fichero se acompaña la información para la
detección de errores y de fin de registro. Este proceso definitorio se realiza
durante la operación de dar formato a la cinta, de modo que la máxima
capacidad formateada o capacidad neta de la cinta siempre es inferior a la
capacidad bruta de la misma.
Tiempo de acceso
Otro concepto es el tiempo de acceso a los datos grabados en la unidad de
almacenamiento.
o Discos
El tiempo de acceso de los discos viene determinado por el tiempo que tarda
en posicionarse la cabeza de lectura-escritura en la pista deseada (tiempo de
búsqueda) más el tiempo que tarda la información de la pista en pasar
delante de la cabeza (tiempo de latencia). Estos tiempos, siempre se
expresan en valor medio, porque tanto el tiempo de búsqueda como el
tiempo de latencia dependen de la posición de partida y de la posición
deseada.
Con el empleo de tecnologías ópticas el tiempo de acceso es muy pequeño,
dado que el rayo láser accede a cualquier zona del disco muy rápidamente,
pero todavía no es posible alcanzar en estos momentos los valores de
tiempos medios de acceso que se tienen con los discos magnéticos.
o Cintas
En las cintas, al ser dispositivos de almacenamiento secuencial, la unidad
lectora debe explorar la cinta hasta hallar una información específica. Por
consiguiente, a mayor capacidad de almacenamiento, mayor longitud de la
cinta y mayor tiempo de acceso medio. Este viene determinado por el tiempo
que tarda en posicionarse la cabeza de lectura-escritura al inicio del registro
que se quiere leer, más el tiempo que tarda la información de la cinta en
pasar delante de ella.
Este modo de acceso se convierte en el principal inconveniente de las cintas.
No obstante, existen sistemas que resuelven en parte esta desventaja
usando la técnica QFA (Quick File Access). Este método crea un índice para
el contenido de la cinta, de modo que el equipo lógico de lectura puede
utilizar esta tabla para acceder directamente a la zona donde se encuentran
los datos solicitados. Para ello, en primer lugar se consulta la tabla que
proporciona la posición en la cinta de los datos solicitados, y en segundo
lugar se avanza a dicha posición sin necesidad de recorrer todos los datos de
la cinta.
Velocidad de transferencia
Es la velocidad a la que se transmiten los bits de un registro desde el soporte
magnético a la cabeza lectora. Este parámetro viene determinado por la
densidad de grabación del medio y por la velocidad de giro del disco o la
velocidad de avance de la cinta.
Fiabilidad
La fiabilidad de las unidades de almacenamiento se mide en términos de
disponibilidad. Así, el fallo de una unidad individual de almacenamiento de
datos puede suponer la detención de las operaciones realizadas con ésta. La
disponibilidad de estos dispositivos se mide como el tiempo medio entre
fallos (MTBF, Mean Time Between Failures).
En este sentido, las unidades de almacenamiento de información
redundantes que ofrecen facilidades de detección de errores de un solo bit
mejoran la disponibilidad ya que almacenan información de paridad para
recuperar los datos originales en el caso de que se produzca algún fallo. De
este modo se mejora notablemente la disponibilidad de los datos,
denominada MTDA (Mean Time Data Access), que determina el periodo de
tiempo en el que el sistema puede acceder a los datos contenidos en la
unidad de almacenamiento.
3.1.- Conceptos específicos de discos
Los conceptos aplicables a discos son los siguientes:
Redundancia
Las baterías de discos RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks, Baterías
Redundantes de Discos de Bajo Coste) ofrecen una alternativa a los
tradicionales sistemas de almacenamiento masivo (SLED, Single Large
Expensive Disk, Discos Simples de Gran Capacidad y Alto Coste) a través de
siete maneras diferentes (niveles RAID) de obtener mayores prestaciones y
mayor disponibilidad de los datos al utilizar baterías de discos de bajo coste.
Las ventajas de la tecnología RAID son:
o Su alta disponibilidad gracias a la dedicación de parte de los recursos de una
unidad de disco a la redundancia de los datos.
o Sus altas prestaciones, con un mayor número de operaciones por segundo
debido a su configuración de discos en batería que posibilita el proceso de
peticiones simultáneas de recuperación/almacenamiento de datos.
o Su bajo costo, ya que utilizan discos estándar del mercado más pequeños.
Además, la tecnología RAID utiliza una arquitectura que protege y restaura
los datos. Tras la sustitución de un disco averiado, se realiza la
reconstrucción de los datos a partir de la información almacenada. El nuevo
disco refleja todas las transacciones realizadas anteriormente y durante el
fallo. Al mantener la integridad de los datos mientras se sustituye la unidad
averiada y se regeneran los mismos, la batería de discos RAID impide su
pérdida. A continuación se describen los siete niveles RAID:
o Nivel 0
Este nivel no incorpora redundancia de datos. No obstante, almacena y
recupera los datos con más rapidez que el almacenamiento de datos en
serie en un único disco, gracias al empleo de una técnica denominada
distribución de datos que mejora la velocidad de trasferencia de datos del
disco. La distribución de datos divide los datos en segmentos que se
transfieren a distintas unidades de disco. Su inconveniente es que no
resuelve el problema de la fiabilidad pues los datos no se almacenan de
manera redundante.
o Nivel 1
La configuración del nivel 1 de RAID, o discos espejo, incluye dos unidades
de disco: una unidad de datos y una unidad de réplica. Cuando se escriben
datos en una unidad, también se escriben en la otra. El disco redundante es
una réplica exacta del disco de datos, por lo que se le conoce también como
disco espejo. Los datos pueden leerse de cualquiera de las dos unidades, de
forma que si se avería la unidad de datos, es posible acceder a la unidad de
réplica, con lo que el sistema puede seguir funcionando.
Con este nivel de RAID se obtiene la misma velocidad de lectura-escritura
que con una configuración normalizada de disco, por lo que constituye la
mejor opción para aplicaciones que conllevan un gran número de
operaciones de escritura.
Su principal inconveniente es el coste que supone duplicar el número de
discos necesarios para los datos.
o Nivel 2
Con un único disco de paridad sólo se puede detectar un único error, pero si
se está interesado en la recuperación de más errores son necesarios más
discos adicionales. El número de discos extra en el nivel 2 de RAID varía
desde 4 en un grupo de 10 discos, hasta 5 discos en un grupo de 25.
Este nivel cuenta con varios discos para bloques de redundancia y corrección
de errores. La división es a nivel de bit y el acceso es simultáneo a todas las
unidades tanto en operaciones de lectura como de escritura.
o Nivel 3
El nivel 3 de RAID proporciona la seguridad de los datos gracias a la
información de paridad almacenada en una única unidad dedicada, con lo
que se logra una forma más eficaz de proporcionar redundancia de datos. En
el nivel 3 de RAID los datos se dividen en fragmentos y se transfieren a los
distintos discos que funcionan en paralelo, lo que permite enviar más datos
de una sola vez y aumentar de forma sustancial la velocidad general de
transferencia de datos. Esta última característica convierte a este nivel en
idóneo para aquellas aplicaciones que requieren la transferencia de grandes
ficheros contiguos hacia y desde el ordenador central.
No obstante, en aquellos entornos en los que muchos usuarios necesitan
leer y escribir múltiples registros aleatorios, las peticiones de operaciones de
entrada-salida simultáneas pueden sobrecargar y ralentizar el sistema. En el
nivel 3 de RAID los discos participan en cada transacción, atendiendo cada
petición de entrada-salida de una en una. Por consiguiente, el nivel 3 de
RAID no es una opción adecuada para aplicaciones transaccionales, en las
que la mayor parte del tiempo se emplea en buscar pequeños registros
esparcidos aleatoriamente por los discos.
o Nivel 4
En el nivel 4 de RAID los bloques de datos pueden ser distribuidos a través
de un grupo de discos para reducir el tiempo de transferencia y explotar toda
la capacidad de transferencia de datos de la matriz de discos. El nivel 4 de
RAID es preferible al nivel 2 de RAID para pequeños bloques de datos,
porque en este nivel, los datos son distribuidos por sectores y no por bits.
Otra ventaja del nivel 4 de RAID frente a los niveles 2 y 3 es que al mismo
tiempo puede estar activa más de una operación de lectura-escritura sobre
el conjunto de discos.
El nivel 4 de RAID tiene división a nivel de bloques y el acceso al array de
discos es paralelo, pero no simultáneo. Posee un disco dedicado a paridad y
corrección de errores. La operación de escritura se realiza de forma
secuencial y la de lectura en paralelo.
o Nivel 5
En el nivel 5 de RAID las unidades de disco actúan independientemente.
Cada unidad es capaz de atender a sus propias operaciones de lectura-
escritura, lo que aumenta el número de operaciones de entrada-salida
simultáneas. Esta característica mejora considerablemente el tiempo de
acceso, especialmente con múltiples peticiones de pequeñas operaciones de
entrada-salida.
El nivel 5 de RAID asegura un mejor rendimiento de operaciones de entrada-
salida, para aplicaciones en las que el sistema realiza búsquedas aleatorias
de muchos ficheros pequeños como sucede en las aplicaciones
transaccionales. El nivel 5 de RAID ofrece la posibilidad de soportar múltiples
operaciones de escritura, de forma que los datos pueden escribirse en un
disco y su información de paridad en otro. En el nivel 5 de RAID no existe una
unidad dedicada para paridad sino que el controlador intercala los datos y la
paridad en todos los discos del subsistema.
El inconveniente de este nivel es que presenta una operación adicional de
escritura al almacenar los datos, ya que tanto los datos como la información
de paridad se actualizan en operaciones distintas y en unidades de disco
diferentes. Por tanto, las aplicaciones que implican numerosas operaciones
de escritura pueden sufrir descensos en el rendimiento. No obstante, otras
unidades de la batería pueden seguir leyendo datos durante la operación de
escritura, lo que contribuye a mejorar el rendimiento general de las
operaciones de entrada-salida de la batería. Debido a la operación adicional
de escritura de la información de paridad, el nivel 5 de RAID es el más
apropiado para aplicaciones con un elevado número de operaciones de
lectura respecto a las de escritura.
o Nivel 6
El nivel 6 de RAID añade un nivel más de discos, resultando una organización
con dos dimensiones de discos y una tercera que corresponde a los sectores
de los discos. La ventaja de este nivel consiste en que no solamente se
puede recuperar un error de entre dos discos, sino que es posible recuperar
muchos errores de tres discos. La operación de escritura es difícil debido a la
necesidad de sincronizar todas las dimensiones.
Esta organización funciona como el nivel 0 de RAID en cada una de las dos
dimensiones de discos, y como el nivel 1 de RAID en la operación entre las
dos dimensiones de discos. El acceso es simultáneo en cada una de las
dimensiones independientes de discos.
o Nivel 7
Como en el nivel 4, el nivel 7 de RAID los bloques de dato se encuentran
distribuidos por discos y posee un disco dedicado a paridad. Las mayores
diferencias con respecto al nivel 4 estriban en que la lectura/escritura se
realiza de forma asíncrona y está centralizada sobre una caché vía un bus de
alta velocidad, la cual a su vez integra la generación de la paridad.
Además posee un sistema operativo en tiempo real que controla la
comunicación y sincronización entre los discos, que permite una gran
velocidad de transferencia, pero con una baja fiabilidad.
En la siguiente tabla se presenta un resumen de los niveles RAID:
Nivel RAID Aplicaciones Ventajas Inconvenientes
0 Altas prestaciones
sin redundancia
Incremento
velocidad de
acceso
No resuelve el
problema de la
fiabilidad
1
Gran porcentaje
de escritura sobre
lectura
Alta disponibilidad
Coste de duplicar
el lmacenamiento
y no mejora la
velocidad de
acceso
2
Menor porcentaje
de escritura sobre
lectura
Grabación de
datos en distintos
discos
simultáneamente
División a nivel de
bit
3 Científicas
Más eficaz
respecto nivel 2 al
almacenar datos
de redundancia
Muchas
operaciones E/S
sobrecargan y
ralentizan el
sistema
4 Pequeños bloques
de datos
Permite que más
de una operación
E/S esté activa
sobre los datos
Acceso en
paralelo a los
discos pero no
simultáneo
5 Transaccionales
Cada disco actúa
de forma
independiente.
Gran aumento de
velocidad con
pequeñas op. E/S
Descenso del
rendimiento de
operaciones de
escritura
6 Cualquier tipo Mejor
disponibilidad
Alto coste y
complejidad del
sistema
3.2. Tendencias tecnológicas y del mercado
En este punto se describen las tendencias que existen en la industria y el
mercado, en lo que se refiere a dispositivos de almacenamiento masivo de
información.
La tendencia general de todos los dispositivos de almacenamiento masivo de
información se dirige, por un lado al incremento continuo de la capacidad y,
por otro, a obtener dispositivos más rápidos, más económicos, de menor
tamaño y más fiable que los que están disponibles en la actualidad. De
hecho, todo dispositivo que pretenda llegar a convertirse en un estándar,
deberá tener un precio ajustado, rapidez, versatilidad y una gran capacidad
de almacenamiento.
Para lograrlo, se están produciendo avances en el estudio de nuevos
materiales, tanto para el desarrollo de los medios de soporte como para el
desarrollo de los subsistemas de lectura-escritura (que apuntan a sistemas
de almacenamiento óptico), en la investigación de nuevas técnicas de
deposición de películas más finas (que permitirán la fabricación de medios
magnéticos con densidades de grabación mucho mayores), etc.
También se está investigando en el uso de técnicas de filtrado adaptativo
digital, como la PRML (Partial Response Maximun Likelihood), que permiten
detectar los bits grabados a pesar de la interferencia intersimbólica (ISI) que
se produce entre aquellos.
Con el uso de técnicas de este estilo, la distancia mínima que debe
guardarse entre los distintos bits grabados puede ser reducida de modo
importante. La aplicación de otras técnicas, conocidas como técnicas de
superresolución, también permitirá incrementar la densidad de grabación de
los dispositivos de almacenamiento reduciendo la distancia entre pistas.
Los medios de soporte para el almacenamiento de información que se
anuncian como más prometedores son los que utilizan tecnologías óptica y
magneto-óptica. Las tendencias en este sentido tienen dos vertientes: un
descenso continuado del precio de estos dispositivos (CD-ROM, DVD, etc.) y
un rápido crecimiento del mercado de estos, en competencia directa con los
discos magnéticos.
Respecto a las necesidades de alta disponibilidad que se les exige a los
dispositivos de almacenamiento masivo de información, la tecnología RAID
ofrece niveles de prestaciones, capacidad y disponibilidad que sin ella
difícilmente serían alcanzables, a un coste razonable.
3.3. ASPECTOS TECNICOS EN EL PROCESO DE ADQUISICION DE UNA UNIDAD
DE ALMACENAMIENTO
En este capítulo se pretende dar la orientación suficiente al comprador para
la preparación del conjunto de especificaciones que definirán los requisitos
que han de cumplir las unidades de almacenamiento objeto de la
adquisición.
Se realiza en primer lugar un análisis de las necesidades del comprador, a
continuación se recogen los factores relevantes a tener en cuenta en el
proceso de adquisición y, finalmente, se describe cómo deben ser
planteadas las especificaciones técnico - funcionales para la elaboración del
Pliego de Prescripciones Técnicas, qué normas, estándares y cláusulas tipo
pueden ser de aplicación, y cuál es el cuestionario técnico diseñado para
normalizar las ofertas y facilitar su evaluación.
3.4. Análisis de las necesidades del comprador
La decisión de adquirir una unidad de disco o cinta está influenciada por
varios factores, la mayoría de los cuales están en correspondencia directa
con las necesidades experimentadas por el usuario, y por las limitaciones o
restricciones a las que debe ajustarse el dispositivo cuya adquisición se
plantea.
El análisis de las necesidades existentes que deberán ser satisfechas por la
unidad de disco o cinta que se piensa comprar es la primera etapa que tiene
que abordarse de modo sistemático dentro del proceso de adquisición. Para
ello, el comprador debe ser capaz de identificar los principales requisitos
funcionales que tiene que cumplir el periférico, así como las principales
limitaciones y restricciones a las que debe responder la unidad de
almacenamiento, dependiendo del entorno de operación previsto en el que
debe integrarse.
Esta primera etapa de análisis de necesidades está directamente
relacionada con la etapa de especificación de las características técnico-
funcionales del suministro a contratar. De hecho, en la práctica real ambas
etapas se suelen realizar de modo simultáneo.
En los párrafos que siguen a continuación se señalan varios puntos de
referencia funcional, en relación con los cuales el comprador deberá
formular los requisitos de un modo explícito y suficientemente operativo.
El último paso en el diseño del Pliego de Prescripciones Técnicas será la
traducción de estos requisitos (las necesidades del comprador) en
especificaciones técnico-funcionales para la inclusión en dicho pliego.
En la etapa de análisis de necesidades deberán tenerse en cuenta todas
aquellas necesidades, limitaciones y restricciones que afecten, entre otros, a
los puntos siguientes:
Volumen de datos a almacenar
El primer factor que debe ser tenido en cuenta es el volumen de ocupación
de los datos que van a almacenarse. Para realizar una estimación de los
volúmenes de datos deberá tenerse en cuenta que la ocupación en bytes de
un determinado dato depende no sólo de su longitud sino, y muy
especialmente, de su tipo y de la técnica de representación utilizada
(EBCDIC, ASCII...). Estos factores suelen depender directamente del marco
de cada aplicación concreta. Por ejemplo, no ocupa el mismo espacio en
bytes el almacenamiento de un dato numérico de tipo entero si se
representa en binario o si se representa en código ASCII. Por otra parte, si se
pretende almacenar ficheros binarios con imágenes digitalizadas, habrá que
conocer el rendimiento de la técnica de compresión utilizada por el sistema.
Volumen de datos a transferir por unidad de tiempo
El segundo factor que debe ser tenido en cuenta es el volumen de datos que
se van a transferir a la unidad de almacenamiento por unidad de tiempo. Ello
obliga al comprador a realizar una estimación de los volúmenes de datos
según sus diferentes tipos y la periodicidad de las transferencias, que
dependerá lógicamente de la naturaleza y de las peculiaridades de cada
aplicación concreta.
Memoria caché de disco
En entornos que se caracterizan por realizar accesos reiterados a los mismos
datos, es interesante la disponibilidad de una memoria caché, especialmente
cuando se necesite reducir considerablemente el tiempo medio de acceso.
Con el uso de esta técnica, durante el proceso de escritura, el sistema copia
los datos de la memoria principal a la memoria caché y, al mismo tiempo, la
unidad de almacenamiento empieza a situar los cabezales en la posición
adecuada. En el momento en que los datos se han grabado en la memoria
caché, el sistema continúa procesando otras informaciones, mientras los
datos almacenados en la memoria caché se graban en el dispositivo de
almacenamiento.
Naturaleza de las aplicaciones y factores críticos de las mismas (tipos de
funciones que se realizarán predominantemente)
Otro factor de gran importancia es la naturaleza de las aplicaciones que se
van a explotar sobre las unidades de disco o cinta en cuestión, y la existencia
de posibles factores críticos.
Esto es especialmente importante, y por lo tanto debe ser tenido muy en
cuenta, en los denominados entornos transaccionales, en los que las
aplicaciones suelen hacer un uso intensivo de las unidades de
almacenamiento, especialmente de las unidades de disco. Esto se debe
fundamentalmente a que en entornos de proceso transaccional se requiere
por lo general múltiples accesos a la unidad de almacenamiento, de tal
modo que el rendimiento global del sistema puede estar más condicionado
por el comportamiento de este dispositivo que por el de la unidad central de
proceso.
Pero las aplicaciones pueden exhibir otros factores críticos y peculiaridades
propias que condicionarán las características técnicas de las unidades de
almacenamiento que se vayan a adquirir, como pueden ser los tiempos
máximos admisibles en operaciones de lectura y escritura en las unidades de
disco o cinta, o ciertas características de los procesos de salvaguarda.
Requisitos de fiabilidad e inmunidad frente a fallos
Relacionado con los factores anteriores se encuentra el análisis del grado de
fiabilidad o inmunidad frente a fallos exigible al sistema. Pueden existir
aplicaciones o entornos de operación muy restrictivos en ese sentido, donde
el buen funcionamiento de una instalación exige la absoluta disponibilidad
de todos sus componentes.
Integrabilidad con otros sistemas informáticos existentes en el entorno de
operación
Aparte de las necesidades funcionales de los usuarios, el comprador de una
unidad de almacenamiento de información deberá tener en cuenta una serie
de cuestiones importantes sobre el entorno de operación existente o
previsible, muy especialmente en cuanto a la naturaleza de los equipos y
sistemas con los que deberá garantizarse la compatibilidad o
interoperatividad.
Tiempo de recuperación de los datos contenidos en unidades de salvaguarda
Con unidades de salvaguarda implementadas con sistemas automatizados
de cintas es muy importante que el usuario determine cuál es el tiempo
máximo permisible de recuperación de los datos contenidos en las cintas.
Disponibilidad teórica de los equipos
Dos de los parámetros que se deben analizar en el momento de la solicitud
de ofertas de un sistema de almacenamiento masivo de información son su
disponibilidad, medida como el tiempo medio entre fallos (MTBF, Mean Time
Between Failures, tiempo medio entre fallos), y la duración total de sus
reparaciones (MTTR, Mean Time To Repair, tiempo medio hasta la
reparación), medida como el tiempo medio de la reparación desde la
presencia de la alarma, contando desplazamientos del personal y la duración
de la reparación de la unidad averiada.
Todos los elementos críticos de un sistema de información, como pueden ser
una unidad de almacenamiento, deben estar protegidos por sistemas de
seguridad y redundancia que sigan asegurando el correcto funcionamiento
de estos sistemas ante cualquier fallo.
Otro factor a tener en cuenta es la existencia de sistemas con los que sea
posible recuperar y volver a cargar los datos que contenían las unidades de
almacenamiento antes de su caída.
Mantenimiento
Deberá tenerse en cuenta el período de tiempo durante el cual, es
conveniente que el dispositivo esté cubierto por el servicio de garantía del
fabricante.
Características físicas del entorno de operación
En el mismo sentido que el punto anterior se deberá tener en cuenta las
posibles restricciones o limitaciones de carácter eléctrico, mecánico y
ambiental presentes en el citado entorno.
o Consumo de potencia
Esta característica determina el consumo de potencia que tienen estos
dispositivos y que deberá suministrarle su propia fuente de alimentación,
externa al sistema por tanto, o la propia fuente de alimentación del sistema.
o Dimensiones
El tamaño es una característica importante en muchas ocasiones,
especialmente cuando la disponibilidad de espacio está muy limitada o
cuando se trate de dispositivos para su instalación en el interior de la
carcasa del ordenador.
o Nivel de ruidos
Con este parámetro se determina el nivel de ruido que se produce durante la
lectura y escritura de información en estos dispositivos.
o Disipación de calor
Esta característica evalúa el nivel de calor que disipan estos dispositivos
durante su operación normal.
Factores humanos en el entorno de operación
Dentro de los factores humanos propios del entorno de operación, y que
deben ser tenidos en cuenta durante esta etapa, figuran las necesidades de
cualificación y experiencia de los operadores, así como las facilidades para
operadores discapacitados, u otros tipos de restricciones.
En resumen, el comprador debe ser capaz de analizar y especificar de la
forma más concreta posible sus necesidades en relación con todos estos
puntos. Téngase en cuenta que la elección de una unidad de
almacenamiento de disco o cinta puede condicionar las prestaciones y
servicios ofrecidos por una instalación de tratamiento de la información.
3.5.- Factores relevantes en el proceso de adquisición
En la definición del objeto del contrato y los requisitos inherentes al mismo,
así como en la valoración y comparación de ofertas de los licitadores pueden
intervenir muchos factores y de muy diversa índole.
Es de suma importancia que todos los factores relevantes que intervienen en
el proceso de contratación queden debidamente recogidos en el pliego de
prescripciones técnicas que regule el contrato. Así mismo, es conveniente
que las soluciones ofertadas por los licitadores sean recogidas en los
cuestionarios disponibles a tal efecto:
o De empresa
o Económicos
o Técnicos particulares
No obstante, y a título orientativo, en este apartado se hace mención a
aquellos factores que, entre los anteriores, pueden intervenir en el proceso
de adquisición de unidades de almacenamiento y cuyo seguimiento debe
efectuarse exhaustivamente:
Capacidad de almacenamiento
En relación con la capacidad de almacenamiento de una unidad de disco o
cinta, debe recordarse que el propio sistema operativo exige que cada disco
almacene información de control sobre su estructura física interna y su
estado en cada momento. Por ello el comprador deberá distinguir entre la
capacidad bruta de la unidad y la capacidad de la unidad formateada o
capacidad neta, una vez descontada la sobreocupación impuesta por el
sistema.
La capacidad de almacenamiento bruta del dispositivo se encuentra
directamente relacionada con la densidad de grabación, la cual define la
cantidad de información almacenada en un área de grabación determinada,
y con las dimensiones del medio de grabación.
No obstante, el parámetro verdaderamente importante para el comprador es
la cantidad de información de datos de usuario que puede ser almacenada
en el dispositivo, es decir la capacidad neta de la unidad formateada.
Una funcionalidad relacionada con esta característica es la compresión de
datos, cuestión de especial importancia siempre que se vaya a trabajar con
aplicaciones de imágenes, vídeo animado y multimedia, en donde los
volúmenes de datos que es necesario almacenar desbordan muy pronto la
capacidad disponible de cualquier tipo de dispositivo.
Tiempo medio de acceso
El tiempo medio de acceso define el tiempo medio necesario para alcanzar y
leer un registro particular grabado en la unidad de almacenamiento.
En el caso de las unidades de disco, el tiempo medio de acceso es igual a la
suma del tiempo medio de búsqueda más el tiempo medio de latencia.
Velocidad de transferencia de datos
La rapidez con la que son transferidos los datos entre las unidades de
almacenamiento y el sistema de proceso viene determinada por el parámetro
conocido como velocidad de transferencia de datos. Este parámetro puede
resultar de gran importancia, dependiendo de la aplicación que vaya a hacer
uso de la información almacenada en estos dispositivos.
En el caso de unidades de discos, la máxima velocidad de transferencia de
datos está relacionada directamente con la velocidad de rotación del disco, y
con la densidad de grabación del medio soporte de la información,
expresada en número de pistas por pulgada (tpi).
Mientras que si consideramos las unidades de cintas, la máxima velocidad
de transferencia de datos viene definida por la velocidad de avance o
velocidad a la que la cinta pasa por delante de la cabeza de lectura-escritura,
y por la densidad de grabación del medio magnético, expresada en bits por
pulgada (bpi).
El conocimiento de la máxima tasa de transferencia de datos es un factor
que puede influir en gran medida en el dimensionamiento de la capacidad
del subsistema de almacenamiento que se va a adquirir. Además, y aunque
resulte trivial, debe recordarse que la consecución de tasas de transferencia
elevadas puede exigir la utilización simultánea de varias unidades.
Un factor que puede afectar a la máxima velocidad de transferencia de datos
es la máxima tasa de transferencia de la interfaz procesador-periférico a la
que está conectada la unidad de almacenamiento, aunque en la mayoría de
los casos este factor no es el limitativo.
Fiabilidad e inmunidad frente a fallos
La existencia de aplicaciones o entornos de operación muy exigentes en su
grado de fiabilidad o inmunidad frente a fallos puede obligar a la adquisición
de sistemas clasificados como inmunes a fallos (fault-tolerant), a introducir
cierta redundancia en los componentes del subsistema de almacenamiento
y/o a adoptar técnicas de mejora de la fiabilidad (por ejemplo,
configuraciones RAID).
4. Tipos de dispositivos de almacenamiento.
Escritura Lectura Nombre Tipos
Por grabación magnética de
pistas concéntricas mediante
una cabeza constituida por un
electroimán.
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
4.1 ¿Cómo están construidos, protegidos, y se accede a los discos flexibles?
Un disco flexible o "disquete" o "floppy", como quiera llamarse, consiste en un
disco de material plástico tipo mylard, cubierto con una capa de material
magnetizable en ambas caras. Está contenido en un sobre que sirve para
protegerlo del polvo, rayaduras, huellas digitales y golpes.
Los disquetes son removibles de la disquetera (designadas A ó B) en la que
están insertados.
Cuando un disquete se introduce en una disquetera, puede ser accedido en
cualquiera de las dos- caras por la correspondiente cabeza, pero una sola
cara será leída o escrita por vez.
Mientras no se dé una orden de escritura o lectura, el disquete no gira, y las
cabezas no tocan sus caras. Si tal orden ocurre, luego de una espera de casi
medio segundo, para que tome velocidad, el disco gira (a razón de 300 r.p.m.
en el interior del "sobre" protector, con la consiguiente elevación de
temperatura). Sólo gira mientras lee o escribe, rozando entonces cada
cabeza la pista accedida. Esto, sumado a las partículas de polvo siempre
presentes, hace que la vida útil de un disco flexible común sea corta en
comparación con la de un disco rígido.' La flexibilidad de un disquete ayuda a
que no sea afectado cuando las cabezas tocan sus caras. Se estima que la
información almacenada en un disquete puede mantenerse con seguridad
en el mismo durante 3 ó 4 años, siendo conveniente re-escribirla una vez por
año, pues la magnetización de las pistas se va debilitando con el tiempo.
Un disquete no debe exponerse al calor, campos magnéticos (de
transformadores, fotocopiadoras, teléfono, monitor), ni ser doblado. Las
etiquetas deben escribirse antes de ser adheridas.
Los disquetes de 5 ¼ pulgadas conocidos como "floppys" están contenidos
en un sobre cuyo interior está recubierto por una capa de teflón para
disminuir los efectos del rozamiento.
El sobre presenta aberturas para distintos fines. Las aberturas de lectura/
escritura permiten que, dentro de la disquetera, la cabeza correspondiente a
cada cara pueda acceder a cualquier pista de la misma. El agujero central
servirá para que en la disquetera un eje ("spindle") lo tome y haga girar. Si se
cubre con cinta adhesiva la muesca de protección contra escritura, no
podrán grabarse nuevos datos en los archivos almacenados por accidente o
error. En estas condiciones el disquete sólo puede ser leído.
Al girar un disquete, cada vez que coincide un agujero existente en el mismo
con otro agujero "índice" del sobre, es indicación de comienzo de cualquier
pista que se quiera escribir o leer.
Existen distintos tipos de discos de 5 ¼” de distinta capacidad, antes
descriptos.
El disquete de 3 ½ pulgadas, está dentro de un sobre de plástico rígido que
lo protege mejor del polvo, humo, etc. Este en su parte superior tiene un
obturador de protección con resorte, que dentro de la disquetera de 3 ½” se
abre, para que las dos cabezas accedan al disco flexible.
Estas mejoras hacen que los disquetes de 3 ½” duren más que los de 5 ¼”.
La protección contra escritura indebida se realiza con otro obturador de dos
posiciones, deslizable por el usuario según indican dos flechas que vienen
dibujadas en el plástico. Si el pequeño agujero cuadrado está abierto, el
disquete está protegido; si se lo ve cerrado, el disquete podrá escribirse. En
ambos casos siempre podrá leerse.
4.1.1 Funciones que cumple una unidad de disquetes ("Floppy Disk Drive")
Anteriormente se hizo mención al posicionamiento de las cabezas sobre el
cilindro al cual se quiere acceder cuando el disquete está girando, y a las
corrientes eléctricas que circulan en la cabeza que está escribiendo o
leyendo, etc.
Estas acciones básicas de la "unidad de disquete" o "disquetera" ("drive" A 0
B) sirven a su objetivo de escribir o leer una pequeña superficie (sector) del
disquete inserto en este periférico Para tales acciones la disquetera presenta
en esencia:
Mecanismos de sujeción y eyección del sobre protector (con el
botón frontal), y para desplazar la ventana de protección.
Motor para girar el disco.
Otro motor "paso a paso"', para hacer avanzar de pista en pista (de
un cilindro al siguiente), a la armadura que porta las dos cabezas.
Las cabezas así se mueven en movimiento radial rectilíneo -hacia
delante o atrás- hasta el cilindro seleccionado.
Sensores para detectar presencia de disquete, y si está protegido
contra escritura en su cubierta.
Bus de conexión a su interfaz, conocida como “controladora".
Circuitos que constituyen la electrónica de este periférico, para
accionar los elementos anteriores, conforme a las señales
eléctricas que recibe de la controladora (interfaz) de las disqueteras
(A y B), a través de conductores del bus de conexionado citado.
Las señales que llegan a la disquetera desde la interfaz ordenan, entre otras
acciones:
Poner en marcha el motor de giro de la unidad seleccionada (sea la
A ó B).
Posicionar (mediante el motor paso a paso) la armadura en un
determinado cilindro del disquete.
Seleccionar cuál de las dos cabezas se activará.
A su vez por cables de dicho bus de conexión, la electrónica puede enviar
hacia la interfaz señales, como:
Aviso de inicio de pista (cuando el agujero correspondiente del
disquete coincide con el del sobre).
Aviso de escritura protegida.
Aviso que datos leídos son enviados a la interfaz.
Como resultado de estas señales, si todo está en orden, puede tener lugar la
transferencia serie de bits leídos en un sector de un disquete hacia la
interfaz (o en sentido contrario en una escritura de un sector) a través de uno
de los cables del bus de conexionado citado.
5. El disquete "floptical"?
Si bien la denominación "floptical" -proveniente de floppy y optical- parecería
indicar un disquete flexible removible que es escrito o leído mediante láser,
el floptical es un disquete flexible magnético, que se graba y lee de la forma
vista. O sea con una cabeza que para escribir cada pista genera campos
magnéticos N-S y S-N según el sentido de la corriente que circula por una
bobina; y que en una lectura detecta inversiones del campo sobre la
superficie de una pista Dichas inversiones producen corrientes en la bobina,
generándose tensiones eléctricas que permiten recuperar los unos y ceros
almacenados.
La particularidad de un floptical es que usa láser y óptica auxiliar para
posicionar el cabezal sobre cada pista. Este, como se dijo, escribe o lee
información por medios magnéticos, de la forma descripta.
Esta sofisticación es necesaria a los fines de poder operar con una densidad
radial de 1245 t.p.i (pistas por pulgada) contra 135 t.p.i de los disquetes
comunes de 1,44 MB, para que un floptical pueda guardar 21 MB Asimismo,
un floptical se lee y escribe unas tres veces más rápido que un disquete
común (floppy). Ello se debe a que es posible acceder a un cilindro (pista) del
mismo en 65 mseg, contra 150 mseg del segundo (tiempos promedio), y que
su velocidad de rotación es 720 r.p.m. (el doble que la de un floppy).
Por otra parte, una unidad para floptical también puede leer o escribir
disquetes comunes, dado que cada cabeza presenta dos entrehierros: uno
muy estrecho para disquetes floptical, y otro más ancho para floppys.
Para que el servo óptico posicione el cabezal en la pista seleccionada, al lado
de cada pista magnética que almacena información (la cual puede ser
formateada y reformateada), existe otra "servo pista" no borrable (grabada o
estampada de fábrica) sobre la cual incide luz láser puntual. Parte de esta
luz se refleja en dicha servo pista, y la información de control que ella
contiene es enviada al servo sistema, para que posicione constantemente la
cabeza en la pista magnética seleccionada.
Existen servos más elaborados, con seguimiento óptico por holografías en la
superficie del floptical.
6. Los disquetes y unidades ZIP
Las unidades ZIP (Zip Dlrive"), por las capacidades de sus disquetes, por su
confiabilidad, y por su velocidad de transferencia están a mitad de camino
entre las unidades de disquete y las de disco duro, aunque más próximas a
esta última. Así, su velocidad de giro es del orden de 3000 r.p.m, lo cual
redunda en una mayor velocidad de transferencia.
El gabinete del ZIP drive es externo al gabinete de la computadora.
La conexión del ZIP drive generalmente se hace en el port paralelo que usa la
impresora, debiéndose desconectar ésta de dicho port, y volverla a conectar
al gabinete del ZIP drive en un conector preparado. Los disquetes para ZIP
drive son flexibles, y pueden almacenar en sus dos caras magnetizables
100/200 MB, empleándose comúnmente para back-up del disco rígido. Las
cabezas de escritura/lectura están en contacto con las superficies de ambas
caras, siendo más pequeñas en tamaño que las usadas en una disquetera,
lo cual permite grabar y sensar con densidades de grabación mayores.
7. Todo sobre los discos ópticos.
¿Qué son los discos ópticos, qué tipos existen, y cuáles son sus usos?
Los discos ópticos presentan una capa interna protegida, donde se guardan
los bits mediante distintas tecnologías, siendo que en todas ellas dichos bits
se leen merced a un rayo láser incidente. Este, al ser reflejado, permite
detectar variaciones microscópicas de propiedades óptico-reflectivas
ocurridas como consecuencia de la grabación realizada en la escritura. Un
sistema óptico con lentes encamina el haz luminoso, y lo enfoca como un
punto en la capa del disco que almacena los datos.
Las tecnologías de grabación (escritura) a desarrollar son:
por moldeado durante la fabricación, mediante un molde de níquel (CD-
ROM y DVD ROM),
por la acción de un haz láser (CD-R y CD-RW, también llamado CD-E),
por la acción de un haz láser en conjunción con un campo magnético
(discos magneto-ópticos - MO).
Los discos ópticos tienen las siguientes características, confrontadas con los
discos magnéticos:
Los discos ópticos, además de ser medios removibles con capacidad para
almacenar masivamente datos en pequeños espacios -por lo menos diez
veces más que un disco rígido de igual tamaño- son portables y seguros
en la conservación de los datos (que también permanecen si se corta la
energía eléctrica). El hecho de ser portables deviene del hecho de que
son removibles de la unidad.
Asimismo, tienen bajo costo por byte almacenado. Los CD-ROM se copian
(producen) masivamente.
La mayor capacidad de los discos ópticos frente a los magnéticos se debe al
carácter puntual del haz láser incidente, y a la precisión del enfoque óptico
del láser. Ello permite que en una pista los bits estén más juntos (mayor
densidad lineal), y que las pistas estén más próximas (más t.p.i).
Los CD son más seguros en la conservación de los datos, dado que la capa
que los almacena es inmune a los campos magnéticos caseros, y está
protegida de la corrosión ambiental, manoseo, etc., por constituir un
"sandwich" entre dos capas transparentes de policarbonato.
Por otra parte, la cabeza móvil -que porta la fuente láser y la óptica
asociada- por estar separada a 1 mm. de la superficie del disco, mmca
puede tocarla. Por ello no produce en ella desgaste por rozamiento, ni existe
riesgo de "aterrizaje", como en el disco rígido con cabezas flotantes.
Tampoco el haz láser que incide sobre la información puede afectarla, dada
su baja potencia.
Son aplicaciones comunes de los discos ópticos: las bases de datos en CD
ROM para bibliotecas de datos invariables (enciclopedias, distribución de
software, manuales de software, demos, etc.), y para servidores de archivos
en una red local, así como el uso de CD-R (grabables por el usuario) para
copias de resguardo seguras, y las bibliotecas de imágenes.
Puede estimarse entre 10 y 15 años la permanencia de la información en un
CD ROM común, dado que la superficie de aluminio que contiene la
información se oxida muy lentamente en ese lapso, salvo que sea sometida a
una protección anti-óxido especial, o sea de oro. En un CD-R este tiempo será
mucho mayor, por presentar oro la fina capa metálica interior.
En informática se usan los siguientes tipos de discos ópticos, tratados luego
en detalle:
1. Grabado masivamente por el fabricante, para ser sólo leídos: como lo
son el CD ROM (Disco compacto de sólo lectura) y el DVD ROM (Digital
Versatil Disc de sólo lectura). En éstos, a partir de un disco "master"
grabado con luz láser, se realizan múltiples copias obtenidas por
inyección de material (sin usar láser). Se obtienen así discos con una fina
capa de aluminio reflectante -entre dos capas transparentes protectoras-
. Dicha capa guarda en una cara unos y ceros como surcos discontinuos,
que forman una sola pista en espiral. La espiral es leída con luz láser por
la unidad de CD del usuario.
2. Grabable una sola vez por el usuario: el CD-R (CD Recordable) antes
llamado CD-WO (Write once) En la escritura, el haz láser sigue una pista
en espiral pre-construida en una capa de pigrnento. Donde el haz incide,
su calor decolora para siempre el punto de incidencia. En la lectura, esta
capa deja pasar el haz láser hacia la capa reflectora dorada que está
más arriba, reflejándose de forma distinta según que el haz haya
atravesado un punto decolorado o no, detectándose así unos y ceros.
Ambas capas están protegidas por dos capas transparentes. Una vez
escrito, un CD-R puede leerse como un CD-ROM.
3. Borrables-regrabables: en la tecnología de grabación magneto-óptico
(MO), la luz láser calienta puntos (que serán unos) de una capa -
previamente magnetizada uniformemente- para que pierdan su
magnetismo original (este corresponde a ceros). Al mismo tiempo, un
campo magnético aplicado produce sólo en dichos puntos una
magnetización contraria a la originaria (para así grabar unos).
Estas diferencias puntuales de magnetización son detectadas en la
lectura por la luz láser (con menos potencia), dado que provocan distinta
polarización de la luz láser que reflejan. Otro tipo de CD ópticos re-
escribibles son los CD-E (CD-Erasable), hoy designados CD-RW (CD
ReWritable), con escritura "por cambio de fase" (de cristalina a amorfa o
viceversa) de los puntos de la capa del disco que guarda los datos. Se
trata de una tecnología puramente óptica, sin magnetismo, que requiere
una sola pasada para escribir una porción o la pista en espiral completa.
En la tecnología PD (Phase change/Dual) que también es por cambio de
fase, la unidad escribe pistas concéntricas. "Dual" indica que la unidad
también puede leer CD con pistas en espiral (CD-ROM, CD-R, CD-RW).
Si bien los CD-ROM son los CD más usados para almacenar programas y
datos, las unidades lectoras de CD actuales también permiten leer
información digital de otros tipos de CD basados en la misma tecnología, con
vistas a aplicaciones en multimedia, como ser:
CD-DA (Digital Audio): es el conocido CD que escuchamos en un reproductor
de CD para audio. Podemos escuchar la música que contiene mientras
trabajamos con una PC, o bien mezclarla en usos multimedia.
CD-I son las iniciales de disco compacto interactivo. De tecnología semejante
al CD-ROM, puede combinar datos, audio y video, conforme a un estándar
multimedia propuesto por Phillips y Sony en 1986. Este también define
métodos para codificar y decodificar datos comprimidos, y para visualizarlos.
Almacena 72 minutos de audio digital estéreo ó 19 horas de conversación de
calidad en mono, ó 6000 a 1500 imágenes de video - según la calidad
deseada- que pueden buscarse interactivamente y mezclarse. Requiere una
plaqueta inteligente especial en el computador. Al usuario le es factible
interactuar mientras el CD es reproducido -en una unidad lectora compatible-
mediante el mouse, o un dispositivo para disparar sobre un punto infrarrojo
emitido ("thumbstick").
CD-ROM XA (de extended Architecture): es un estándar para sonido e imagen
propuesto por Phillips, Sony y Microsoft, extensión de las estructuras de un
CD-ROM, que especifica la grabación comprimida de sonido en un CD-ROM
por el sistema ADPCM, también empleado en CD-I. Esto hace que un CD-ROM
XA sea un puente entre CD-ROM y CD-I.
Photo CD: el estándar elaborado en 1990 por Phillips y Eastman Kodak
especifica el procedimiento para convertir fotografías de 35 mm en señales
digitales para ser grabadas en un CD-R en una o varias sesiones. La
grabación se realiza durante el revelado de la película. Así se guardan
cientos de fotos color en un CD-R. Los Photo CD y Video CD son CD-ROM XA
"Bridge Format", que pueden leerse en lectoras CD-I como en lectoras
propias de computadoras.
DVI es un tipo de CD ROM que integra video, televisión, gráficos con
animación, audio multicanal y textos. Necesita plaquetas adicionales.
Merced a una técnica de compresión de datos, éstos ocupan 120 veces
menos lugar, permitiendo ver una hora de video de 30 imágenes por
segundo. A esta velocidad, dado que una imagen de TV ocupa 600 KB, para
ver un segundo se requieren 600 KB x 30 = 18 MB. De no existir
compresión, los 600 MB de un CD ROM sólo permiten unos 600/18 30
seg. de visión. Los reproductores de CD actuales pueden leer CD-ROM, CD-R
(de varias sesiones), CD-ROM XA, Photo CD, Video-CD, CD-I, CD-plus, y CD-DA.
¿Cómo se fabrican los CD-ROM, y se graban los sectores de la espiral?
En un CD-ROM la espiral que codifica la información grabada es moldeada
(en máquinas que fabrican en serie miles de CD iguales) en un molde de
níquel, en el cual a temperatura se inyecta plástico.
A dicha espiral así moldeada se le deposita una fina capa de aluminio, y es
protegida por una capa transparente superior. Más en detalle, con el disco
visto desde abajo, la superficie grabada presenta una sucesión de hoyos
("pits") separados por espacios planos ("lands"), que forman una pista en
espiral.
De este modo, un CD-ROM es grabado por el fabricante -en serie con otros
iguales- pudiendo posteriormente ser sólo leído por el usuario en su unidad
lectora de CD-ROM. En ésta un haz láser puntual sigue la pista en espiral
metalizada que contiene la información, y al ser reflejado por dicha pista
permite detectar la longitud de los "pits" y “lands" que codifican la
información almacenada.
Por presentar un CD-ROM más bytes para código detector de errores que un
disco CD-DA, no es factible leerlo en una reproductora para CD de audio.
La información digital (bits) en un CD-ROM -al igual que en un CD DA- se debe
grabar en bloques (también llamados sectores) contiguos de una espiral.
Un tipo de CD-ROM de 60 min de duración (también son comunes los de 74
min) presenta la espiral constituida por 27000 sectores conteniendo cada
uno 2048 bytes (2 K) para datos. En total se pueden almacenar:
2048 bytes x 270.000 = 552.960.000 bytes =
552.960.000/1.048.576 MB = 527 MB.
Antes de grabar el disco "master", punto de partida para fabricar miles de CD
ROM, un programa fracciona cada archivo a grabar en sectores de 2048
bytes de datos, y les agrega, conforme a los campos de un sector:
a. unos y ceros indicadores de comienzo de bloque, que sirven para
sincronismo con la lectora de CD.
b. una secuencia de bits que irá en la cabecera (header) de cada bloque
para poder localizarlo.
c. los códigos ECC de Reed y Salomon para detectar/corregir errores que
van al final de cada bloque.
Cada uno de los 270.000 bloques así conformados se va grabando en un
disco "master" de vidrio, recubierto en una de sus caras por una película que
atacará un haz láser, para formar en ella una espiral constituida por hoyos
("pits"). Para ello, se inserta el disco "master" de vidrio en un dispositivo de
grabación, que presenta un cabezal que porta un haz láser de potencia, el
cual se mueve en línea recta desde el centro al borde del disco. Este
movimiento combinado con el de giro del disco, da como resultado que sobre
la superficie del disco pueda formarse una espiral que crece desde el centro.
Cada vez que el haz es activado, el calor que genera la punta microscópica
del mismo (menor que una milésima de mm.) ataca la película que recubre el
vidrio del "master" -en la cual está enfocado- generando en ella un hoyo que
conformará la espiral.
Más en detalle, una computadora envía al cabezal, uno por uno, los bits a
grabar, y en correspondencia se enciende o apaga el haz láser. Si el haz se
activa, quema un punto microscópico en la pista en espiral que se va
generando (de ancho algo menor que el punto), creando en ella un hoyo. De
esta forma dicha pista se va conformando por hoyos ("pits"), separados por
espacios no atacados por el haz, los "lands".
En un tipo de grabación corriente, un "land" representa un uno, y el “pit" que
le sigue representa uno o más ceros, según sea la longitud de dicho "pit" (y el
tiempo involucrado).
La espiral presenta unas 16.000 vueltas por pulgada radial (t.p.i). En el
espesor de un cabello entran 50 vueltas. En total tiene 22.190 vueltas.
Cada archivo queda grabado en sectores sucesivos (que forman lo que suele
denominarse un "track", aunque la pista en espiral es una sola). A
continuación de un archivo sigue otro en la espiral, como en una cinta
magnética.
Luego de grabar el disco "maestro" se fabrican réplicas metálicas
(resistentes a la manipulación) de su superficie, por duplicación electrolítica,
resultando otros discos de metal, "negativos" y "positivos" del "maestro"
original. Este servirá de molde para fabricar en serie los CD de plástico. Para
fabricar cada CD, por inyección de plástico (policarbonato que se derrite en el
molde de níquel citado), se moldean la espiral -réplica de la existente en el
"master"- junto con la capa inferior que le sirve de protección, constituyendo
una sola pieza transparente. Por ser el molde un "positivo" del master, la
espiral moldeada será un "negativo", o sea los "pits" como "mesetas
montañosas" en su superficie superior. Esta superficie "montañosa" en
espiral, debe ser metalizada con una fina capa reflectante de aluminio (u
oro); y en otro paso deberá ser cubierta por una capa protectora de resina
acrílica, sobre la cual se imprimirá la etiqueta, que conforma el "el techo"
plano del CD. Visto el CD de--,de abajo presenta una superficie plana, sobre
la cual está la espiral "montañosa" recubierto por la capa de metal, y sobre
ésta la capa protectora transparente donde va la etiqueta.
La pista en espiral de un CD presenta el mismo número de bits por
centímetro en todos sus tramos (densidad lineal constante), para aprovechar
mejor el medio de almacenamiento. Un disquete gira a velocidad angular
constante (CAV: constant angular velocity), como ser, cada vuelta siempre en
1/5 seg. Si tiene 18 sectores por pista, en cada vuelta leerá 18 sectores en
1/5 seg, cualquiera sea la pista. De esta forma, con CAV, se logra fácil que la
cantidad de bits que se leen por segundo (velocidad de transferencia interna)
sea la misma, sin importar qué pista sea.
Análogamente en un CD-ROM, por tener su pista en espiral igual densidad en
cualquier tramo, a medida que ella es leída desde el centro al borde, -y por
ende también cuando es grabada- la velocidad de giro debe disminuir
continuamente, para que la cantidad de bits leídos por segundo sea
constante en cualquier tramo. Dado que la espiral tiene igual cantidad de
bits por cm en cualquier tramo, una vuelta interna guardará menos bits que
otra más externa, por tener menor longitud. Si la espiral se leyera a velocidad
de giro constante, durante una revolución del disco, una vuelta más interna
de la espiral proporcionaría menos bits que otra más externa. De ser así, la
lectura de una vuelta más interna de la espiral al ser leída proveería menos
bits por segundo que otra más externa.
Para tener igual densidad en cualquier tramo de la espiral, en la grabación
del "master", el punto luminoso del haz láser emitido por la cabeza (que se
mueve en línea recta radial desde el centro al borde del plato, incidiendo
siempre perpendicular al disco) genera la espiral a velocidad lineal constante
(constant linear velocity-CLV, en cm/seg), para que sea constante la cantidad
de bits grabados (y por ende leídos y transferidos) por segundo. Para que
esto ocurra, el disco en el centro gira a una cierta velocidad angular (vueltas
por segundo), que debe disminuirr permanentemente a medida que la
cabeza se aleja rectilineamente hacia el borde del disco.
Resulta así, que la velocidad de rotación variable de un CD no se debe a su
pista en espiral. Del mismo modo, en un disquete, un sector más interno
ocupa menos longitud de pista (mayor densidad de bits por cm) que otro más
externo (menor densidad).
Sintetizando: por girar un CD a velocidad angular variable, y ser escrito
a velocidad linear constante, se escriben (y leen) la misma cantidad de bits
por segundo y por centímetro, cualquiera sea el sector del mismo Los
sectores grabados, por contener igual cantidad de bytes, presentarán igual
longitud en centímetros, dado que la cantidad de bits por centímetro es igual
en cualquier porción de la espiral. El número de sectores escritos en cada
vuelta de la espiral es un número variable, y en general no entero.
¿Cómo se lee un CD en una unidad lectora de CD-ROM, sea simple, 2x, 4x,...
12x ...?
El hardware de una unidad lectora de CD (CD drive o CD player) comprende,
básicamente:
Mecanismos y motor de bandeja para insertar y retirar el CD.
Electrónica de este periférico (IDE o SCSI), basada en un
microcontrolador, con programas en EPROM para gobernar la
mecánica y la electrónica de la unidad, y para detectar y corregir
errores de lectura.
Motor de giro del disco.
Motor para movimiento (radial), hacía delante o atrás, de la base que
soporta el cabezal de lectura.
Diodo láser y óptica auxiliar.
Optica móvil de enfoque (con motor).
Subsistema de óptica móvil para seguimiento de la pista.
Diodos foto-sensores de las señales ópticas reflejadas en el CD, y
óptica auxiliar.
En un tipo de mecanismo corriente, al apretar un botón la bandeja de
inserción ("caddy") sale hacia fuera, y el CD es puesto en ella. Al pulsar
nuevamente dicho botón, la bandeja vuelve hacia adentro.
En un determinado momento de su trayecto empuja también hacia adentro a
dos "mandíbulas" que se cierran paulatinamente (como una dentadura),
hasta que el agujero central del disco queda prisionero (a través del hueco la
bandeja) entre dos piezas circulares giratorias imantadas, vinculadas a esas
mandíbulas. Así el disco queda centrado, y levantado respecto de la bandeja,
a fin de no rozarla al girar.
Más en detalle, al final del recorrido de la bandeja -cuando se cierran por
completo las mandíbulas- la pieza circular ligada a la mandíbula superior
atrae magnéticamente al cuerpo de la pieza circular de la mandíbula inferior,
vinculada al eje de un motor de giro, para asegurar que el borde interno del
disco quede aprisionado entre dichas piezas, a fin de que pueda girar
correctamente y esté centrado, como se planteó.
La mandíbula inferior presenta una base que contiene el motor de giro, el
cabezal con el láser, y un sistema con dos guías para desplazar hacia atrás o
adelante (mediante otro motor) el cabezal respecto a esta base, en dirección
radial al disco. Además existe un bus flexible, para conectarla a la electrónica
IDE.
Para que en todos los puntos grabados en espiral en el CD pueda incidir el
haz láser generado por el cabezal, a medida que éste avanza radialmente
hacia el borde del CD, se disminuye la velocidad de giro del disco; e
inversamente, si el cabezal avanza hacia el centro, el CD debe girar más
rápido. O sea, que al pasar el haz de un punto al siguiente de la espiral
grabada, la velocidad de giro del disco ya varió.
El cabezal está a 1 mm. de la superficie del CD, generando un haz láser
infrarrojo no visible, de baja potencia (pero peligroso para la vista), con un
sistema de autoenfoque automático permanente en la capa de aluminio del
CD, para incidir sobre "pits" y "lands" de la espiral grabada en esta capa.
Si en su movimiento rectilíneo radial a velocidad constante, el punto
luminoso del haz incide en un "land" de la espiral grabada (cuya velocidad de
rotación varía constantemente), el haz láser es reflejado por el aluminio, con
mayor intensidad que si incide en un “pit”.
Un diodo foto sensor detecta estas diferencias de intensidad de luz láser
reflejada, a fin de recuperar -bajo la forma de impulsos eléctricos- los ceros y
unos almacenados. Dichos pulsos según su duración representan distinto
número de ceros, mientras que tanto el comienzo como el final de un pulso
representa un uno.
A un nivel de mayor detalle, en el cabezal existe un sistema de lentes móviles
no dibujado -gobernado por la electrónica de la unidad lectora de CD, basada
en un microprocesador- que tiene como función enfocar el haz láser en cada
punto de la espiral grabada, formada en la capa metálica del CD. Esto es
necesario, dado que el CD no es perfectamente plano, por presentar
deformaciones (± 0,6 mm) por el proceso de fabricación. También dicha
electrónica comanda otro subsistema para desplazar levemente el haz sobre
la superficie grabada del CD, de modo que en la lectura el haz siga
correctamente sobre la pista en espiral grabada.
Los CD que almacenan 650 MB y 1,3 GB se graban típicamente según al
método PPM (pulse position modulation) por el cual se representa un uno
haciéndole corresponder un "land" de la espiral, al cual sigue un número de
ceros representados por la longitud del "pit" que sigue a dicho "land". Los
bytes a grabar están re codificados según el código EFM, a tratar.
En la lectura de un CD el diodo láser del cabezal genera un haz de luz láser
infrarrojo perpendicular a la superficie del disco. En su camino hacia el disco,
atravesará un prisma triangular sin desviarse, y luego pasará por otra lente
(o por una bobina en la cual circula corriente eléctrica) para que el haz sea
enfocado como un punto en la capa reflectante de aluminio donde están los
pits y lands de la espiral. Al incidir el haz en la primer capa transparente
protectora del CD, tiene un diámetro de 1 mm.
Atravesando esta capa los rayos se difractan (desvían), llegando luego a
tener el haz un diámetro de unas 0,8 milésimas de mm. Cuando incide sobre
la pista en espiral (cuyo ancho es de 0,5 milésimas).
En PPM un "land" es menor que 0,8 milésimas, por lo que el haz mmca
puede incidir totalmente en un "land": parte de los rayos incidirán en el
"land", y parte en el "pit" vecino. Dado que un "pit" está a una profundidad de
un cuarto de longitud de onda de un "land", la porción de rayos que inciden
en el "pit”, antes de hacerlo recorren un cuarto de onda más que los que
inciden en el "land". El haz luego de incidir en el aluminio, se reflejará. Los
rayos que incidieron en el "pit" después de reflejarse harán nuevamente un
cuarto de onda más de camino que aquellos que incidieron en el "land".
En definitiva, los rayos incidentes en el "pit" recorrerán media onda (un
cuarto más un cuarto) más que los incidentes en el "land". El efecto
resultante, es que el haz que incide parte en un "land" y parte en un "pit", al
ser reflejado, llega al diodo foto sensor con muy poca intensidad luminosa
(luego de pasar por el objetivo y ser reflejado por la cara de un cristal que por
su inclinación oficia de espejo), por anularse entre sí los rayos desfasados en
media onda provenientes del "land" y del "pit".
En cambio, cuando el haz incide en un "pit", en cada punto del mismo todos
los rayos reflejados recorrerán la misma distancia, reforzándose
mutuamente (todos en fase) provocando una fuerte intensidad luminosa al
llegar al fotodiodo.
El método de registro PWL (Pulse Width Modulation) permite una mayor
densidad de almacenamiento. Los “lands” dejan de servir para codificar un
solo uno, pudiendo codificar uno o más ceros como los "pits". La transición
de “pit" a "land" o la inversa codifica un uno; y la distancia entre dos
transiciones (dos unos) representa un cierto número de ceros, según sea su
longitud (y el tiempo transcurrido).
Existen unidades lectoras CD-ROM de tipo 2x, 4x, 6x y 8x,.... de doble,
cuádruple, séxtuple, óctuple, ... velocidad que la velocidad simple de una
unidad CD de audio estándar, respectivamente. Las mismas tienen, en
consecuencia, tiempos de acceso y transferencia respectivamente más
rápidos que la velocidad CD estándar.
Por ejemplo, las del tipo 6x tienen un tiempo de acceso de unos 120 mseg
(para 1/3 de carrera del cabezal entre extremos, que se duplica si la carrera
es entre extremos), y velocidad de transferencia de 900 Kbytes/seg, casi 1
MByte/seg (contra 600 Kbytes/seg de las 4x, en correspondencia con el
50% de diferencia de velocidad). Las unidades 6x presentan un buffer de
datos de 256 Kbytes.
En la performance de una lectora intervienen la eficiencia del controlador y
e1 tamaño del buffer.
¿Cómo son y se escriben los CD para grabación por un usuario
designados CD-R?
Un CD-R (CD Recordable, o sea grabable) puede grabarse por cualquier
usuario que tenga conectado en su computadora el periférico "unidad
grabadora de CD" (u optar por pagar este servicio).
En ésta, un haz láser graba en una espiral parcialmente pregrabada de
fábrica –construida en una capa de material orgánico- un equivalente de
“pits" y "lands", requeridos para almacenar los datos. Dicha espiral ya viene
formateada por hardware con las direcciones de los sectores, y sirve de guía
para el láser. El CD-R sobre dicha capa orgánica con la espiral, que es
translúcida, presenta otra capa de oro para reflejar el haz láser en cada
lectura. Estas dos capas están protegidas por otras de policarbonato. La
capa orgánica translúcida es de resina o pigmento verde (generalmente
cyanina). Durante el proceso de grabación de los datos, el equivalente de un
"pit" se establece al decolorarse -merced al calor puntual generado por el haz
láser- puntos de la capa orgánica de pigmento (típicamente verde). 0 sea que
un CD-R simula ópticamente los "pits" y "lands" físicos de un CD-ROM.
Después de ser grabado, un CD-R se convierte de hecho en un CD-ROM, que
puede leerse en cualquier unidad lectora de estos discos -de la forma antes
descripta- sin posibilidad de ser regrabado.
Para la lectura de cada punto de la espiral, el haz láser incidente atraviesa la
capa de policarbonato transparente y la capa de pigmento, hasta llegar a la
capa superior metalizada cm oro, donde se refleja (en ella está enfocado). El
haz reflejado -correspondiente al punto leído- es sensado por un fotodiodo,
pasando ahora primero por la capa de pigmento y luego por la transparente.
Según que el punto de la capa de pigmento por donde pasó el haz incidente
(y retomó reflejado) esté decolorado ("pit") o no ("land"), el haz reflejado
tendrá distinta intensidad, lo cual será detectado por el fotodiodo. Puntos
sucesivos de igual intensidad luminosa constituirán un "pit" o un "land",
según el valor de la intensidad detectada.
No es necesario grabar toda la espiral de un CD-R de una sola vez (sesión).
Es factible hacerlo en tantas "sesiones" como archivos se quiera incorporar a
lo largo del tiempo, hasta completar la capacidad del CD-R (como ser, 650
MB).
Una vez grabada una porción de la espiral, no puede borrarse y ser
regrabada. Por tal motivo, los CD-R también se denominan CD-WO (Write
Once, o sea de una escritura). Esta imposibilidad de regrabación ha motivado
su uso en el ámbito contable y financiero, pues garantiza datos no borrables
para auditorias. Por lo general, los CD-R se reconocen a primera vista, por el
color dorado de su etiqueta.
Los primeros 4 mm de ancho radial de una espiral de un CD-R o de un CD-
ROM constituyen el "lead in", que antecede a la zona de datos. Esta es de
unos 29 mm de ancho, y le sigue el "lead out" de 1 mm.
En un CD-R, el “lead-in” es precedido por dos áreas necesarias para alinear
el haz láser a fin de poder grabar lo que sigue. Cada sesión de grabado de la
espiral debe comenzar con la escritura de un "lead in", y terminar con la de
un "lead out". A su vez, cada “lead in” debe contener la tabla de contenidos
("Tabla of contents" TOC), índice de los datos grabados en la sesión
correspondiente.
Debe mencionarse que un CD-R grabado en "multisesiones" debe ser leído
por un lector de CD-ROM apropiado (como son los actuales). De no serlo, sólo
leerá la primer sesión.
Existen grabadoras/lectoras de CD-R de varias velocidades (x1, x2, x4 ... ). A
mayor velocidad debe usarse un láser más potente para producir más calor,
de forma de poder atacar adecuadamente los puntos requeridos en la
espiral. Existen discos vírgenes CD-R para distintas velocidades, cuyo
sustrato disipa distinta cantidad de calor en correspondencia con su
velocidad de grabación.
Los discos WORM ("Write Once Read Many") fueron los precursores de los
CD-R. La tecnología WORM no está normalizada: ciertos discos sólo pueden
insertarse en unidades de un determinado fabricante. Estos discos son de 5
1/4", y vienen en "cartuchos" semejantes a los de plástico que protegen los
disquetes magnéticos de 3 1/2", para ser insertados en las unidades
correspondientes. Además existen discos con datos grabados en espiral, y
otros con pistas concéntricas. Según la norma seguida por los fabricantes,
un cartucho de 5 1/4" puede tener ya sea 640 MB ó 1,2 GB. Discos de 12"
usados en redes pueden guardar más de 6 GB.
Por su capa orgánica los CD-R no deben ser expuestos a excesivo calor (por
ejemplo dentro de un automóvil o sol directo) o humedad, pues pueden
reducir su vida útil, o ser inutilizables por filtraciones de cyanina. También se
debe cuidar de no escribir con bolígrafo su etiqueta, dado que la presión
ejercida puede dañarlos. Una unidad CD-R puede leer un CD-ROM, y
viceversa.
¿Cómo se direcciona y localiza un sector de la espiral en un CD-ROM o
en un CD-R ?
Tanto en el CD-ROM grabado en serie por inyección de material, como en el
CD-R grabado en una unidad de grabación, la lectura de los archivos
contenidos es casi directa (random), sin tener que empezar a buscar desde
el comienzo de la espiral, merced a que los sectores grabados en ésta son
localizables por su dirección.
Cada sector de un CD-ROM o de un CD-R se identifica por una dirección
formada por tres números. Volviendo al CD antes ejemplificado de 60
minutos y 270.000 sectores, los dos números primeros de una dirección son
los minutos y segundos horarios (mm:ss); cada uno puede variar entre 00 y
59 (para indicar 60 números distintos). A partir del comienzo de la espiral
minutos y segundos van progresando en forma absoluta desde 00:00 hasta
59:59 como indicadores de direcciones de los sucesivos sectores de la
misma, y sirven de primer referencia para localizarlos.
Pero para individualizar cada sector hace falta un tercer número, dado que,
por ejemplo, si en un CD x1 lee 75 sectores por segundo, suponiendo que un
sector se lea luego de transcurridos 23 min. 40 seg. del comienzo (00:00) de
la espiral, los 74 sectores siguientes en su dirección contendrán los números
23:40, puesto que la menor medida de tiempo en este sistema es el
segundo. A fin de individualizar cada uno de los 75 sectores con dirección
23:40 se agrega otro número designado número de sector, que va de 0 a 74.
Entonces, ese primer sector que está justo en 23:40 tendrá por dirección
23:40 0; el siguiente 23:40 1; y así hasta el 23:40 74, luego del cual seguirá
el de dirección 23:41 0, etc. En esencia, es como dividir el segundo en 75
fracciones, puesto que en un CD x1 cada sector se lee en 1/75 de segundo.
Minutos y segundos pueden combinarse para formar 60 x 60 = 3.600
combinaciones de números distintos. Cada una de ellas puede asociarse a
un número de sector, que va entre 0 y 74 (o sea se pueden indicar 75
números distintos). Por lo tanto, en total pueden formarse 3.600 x 75 =
270.000 combinaciones (direcciones) distintas, una para cada sector.
Conforme a lo anterior, las direcciones irán progresando como sigue:
00:00 0 00:00 1 00:00 2 ... 00:00 73 00:00 74; y para el siguiente
segundo:
00:01 0 00:01 1 00:01 2 ... 00:01 73 00:01 74; y para el siguiente
segundo:
00:02 0 00:00 1 00:02 2 ... 00:02 73 00:02 74; y para el siguiente
segundo:
............................................................................................
Grupo de 8 bits a escribir Codificación EFM
00000000 01001000100000
00000001 10000100000000
00000010 10010001000000
00000011 1001000100000
00000100 01000100000000
00000101 00000100010000
00000110 00010000100000
00000111 00100100000000
00001000 01001001000000
00001001 10000000100000
00001010 10010000100000
...........................................................................
11100010 10010001000010
...........................................................................
00:59 0 00:59 1 00:59 2 ... 00:59 73 00:59 74; y para el siguiente
segundo:
01:00 0 01:00 1 00:00 2 ... 01:00 73 01:00 74; y para el siguiente
segundo:
01:01 0 01:01 1 00:01 2 ... 01:01 73 01:01 74; y para el siguiente
segundo:
01:02 0 01:02 1 00:02 2 ... 01:02 73 01:02 74; y para el siguiente
segundo:
............................................................................................
Los últimos 75 sectores, del total de 270.000 de la espiral de 60 min. de
duración deben tener por dirección:
59:59 0 59:59 1 59:59 2 ... 59:59 73 59:59 74
De esta forma, el sector 155 contado desde el comienzo de la espiral, tendrá
por dirección 0:2 4 Suponiendo que se conoce la dirección del sector al que
se ordena acceder (lo cual implica haber consultado un archivo de
subdirectorio, según se verá), el microprocesador de la unidad lectora dará la
orden de traslado rápido del cabezal (según la recta en que se desplaza) a la
porción de la espiral donde se encuentra dicho sector, en función de los
minutos y segundos de su dirección. Luego, el haz láser del cabezal
(enfocado en la capa metálica) traspasará la capa transparente protectora, y
leerá direcciones de sectores de dicha porción, para que se puedan hacer
ajustes finos del posicionamiento del cabezal (y de la velocidad de rotación),
hasta encontrar el sector al que se quiere acceder.
El tiempo medio de acceso a un sector de la espiral depende que el CD sea
x1, x2, x4, etc. Así tenemos:
CD x 1 (velocidad simple), lee 75 sectores/seg, (como los CD-DA) y
transfieren 150 KB/seg.
CD x 2 (velocidad doble): tiempo de acceso 400 mseg; lee 150 sectores /
seg y transfiere 300 KB / seg.
CD x 4 (cuádruple velocidad): tiempo de acceso 240 mseg; lee 300
sectores/seg y transfiere 600 KB/seg.
CD x 6 (séxtuple velocidad): tiempo de acceso 170 mseg, y transfiere 900
KB/seg.
CD x 8 (óctuple velocidad'): tiempo de acceso 160 mseg, que transfiere 1,2
MB/seg.
Como en los discos rígidos, las
mayores velocidades de giro de los
CD x2, x4, etc. implican mayores
velocidades de transferencia,
dado que el haz láser lee más
bit/seg., lo cual se traduce en que
pasarán más rápido a la
electrónica de la lectora de CD, y
por ende a memoria principal. En
multimedia muchas aplicaciones pueden tener serios problemas de
continuidad de sonido e imagen si usan CD x1 ó x2.
La performance de un reproductor de CD-ROM también depende del tamaño
del buffer de su interfaz (típicamente de 256 KB), y de la calidad de su
electrónica.
¿Qué es la codificación EFM usada en los CD-ROM?
En esencia, la codificación EFM es un caso particular de la llamada
"modulación" PCM (Pulse Code Modulation) usada para codificar información
digital.
¿Cómo son en detalle los sectores de un CD y el código CIRC?
El hecho de que un CD de audio digital (CD-DA o CD player) pueda ser
escuchado en la lectora de CDROM de una PC implica que la información
está estructurado de manera semejante en ambos. En lo que sigue, se
describirá la trama interna de un CD-DA, para luego mostrar su diferencia
con el CD-ROM.
Los formatos de los sectores de los distintos tipos de CD tienen un origen
común en el CD-DA. En éste un sector comprende 98 sub-bloques ("frames")
iguales codificados en EFM.
Cada "frame" comienza con 27 bits para sincronismo, y luego siguen 17 bits
en EFM (1 byte real, con bits PQRSTUVW) para control. Después siguen 476
bits en EFM (28 bytes reales) compuestos por 24 bytes de datos mezclados
con 4 bytes adicionales para el código detector-corrector de errores
designado CIRC (Cross Interleaved Reed-SalomoW Code). Luego siguen otros
68 bits EFM (4 bytes) de CIRC.
Los bytes de CIRC sirven para asegurar que sólo puede haber un bit errado
no corregido por cada 108 bits = 100 millones de bits (1/108 = 10-8) en un
CD-DA, lo cual no es perceptible escuchando música, pues cada segundo se
leen 75 sectores. Si un sector está malo el oído no lo nota, dado que el
reproductor de CD esta programado para repetir en este caso el sector
anterior.
En total, un "frame" (cuadro/trama) consta de: 27 + 17 + 476 + 68 = 588
bits (en codificación EFM). De acuerdo con lo anterior, un sector -por
contener 98 "frames" con 24 bytes reales para datos cada uno- puede
almacenar en total: 24 x 98 = 2352 bytes de datos.
Dado que la capacidad máxima de un CD-DA puede ser 680 MB, ello implica
que consta de: 680 x 1.048.576 bytes/2352 bytes = 300.000 sectores (1
MB = 1.048.576 bytes).
Conforme a lo descripto, la espiral de un CD esta compuesta por una
sucesión continua de "frames", siendo que cada 98 "frames" consecutivos
forman un sector (bloque). No existe separación alguna entre un sector y el
siguiente. Se utiliza la zona de datos del primer "frame" de cada sector para
guardar información que identifica dicho sector. (mm:ss y número de sector).
Otra forma de representar un sector sin detallar "frames" concentra en un
solo campo los 2352 bytes de datos del mismo antes calculados, que en
realidad están repartidos en sus 98 "frames". También los 4 bytes de CRC,
que aparecen una vez junto con los datos y otra vez solos en cada uno de los
98 "frames", se concentran en dos campos contiguos, cada uno agrupando
un total de 4 x 98 = 392 bytes Los 8 bits PQRSTUVW del byte de control de
cada "frame", llamado "subcódigo", en un sector totalizarán: 1 x 98 = 98
bytes de control. Los bits de sincronismo de cada "frame" no aparecen. De
los 2352 bytes se usan 16 para sincronismo e identificación del sector,
quedando 2336 bytes para datos.
Todos los bits P de los 98 "frames" de un sector, constituyen el "subcanal P"
del mismo (que se conoce totalmente cuando se termina de leer dicho
sector), el cual indica si el sector contiene música o datos para computación.
Los datos de un subcanal P a lo largo de un CD (compuesto por los bits P de
todos los sectores) pueden Regar a 4 MB. Del mismo modo, los 98 bits
designados Q conforman el "subcanal Q".
En los subcanales o subcódigos P y Q, que entre otras cosas indican si la
grabación es de 2 ó 4 canales, el tipo de pre-énfasis empleado en la
grabación musical, si se trata de sectores en blanco entre temas musicales,
el número de tema grabado, y la codificación que sirve para visualizar en el
reproductor tiempos en mm:ss.
Con los 6 bits R a W de los 98 sub-bloques se forma un subcanal auxiliar
menos utilizado, con información para sincronización, identificación y otros
fines.
Usando los subcanales es factible almacenar, además de la música,
imágenes fijas (unas 700) o móviles.
Cada sector consta de 588 x 98 = 57.624 bits. Multiplicando este valor por
los 300.000 sectores de un CD, resulta un total cercano a los 20 mil millones
de bits, de los cuales sólo 680 MB son para datos del usuario Este tipo de
CD puede guardar 650 MB en un disco de 74 minutos, y 553 MB en discos
de 60 minutos.
Hasta acá el CD-DA. Los CD-ROM y los CD-R presentan la misma Estructura
de 98 "frames" por sector.
Pero el error de un bit cada 108, admisible en un CD-DA, no puede ocurrir en
un CD-ROM usado en computación, en especial si contiene archivos de
programas. En un CD-ROM conservar la integridad de los datos guardados es
más crítica que en un disco rígido, dado que si en este último se tiene
sectores malos, esto puede subsanarse copiándolos en otros sectores, lo
cual no es factible de realizar con los datos de un CD-ROM.
Por ello, en el formato "modo 1" de un CD-ROM, que es el más universal,
además del código CIRC existente en cada "frame" (igual al visto en un CD-
DA), se usan 288 bytes de los 2352 bytes para datos, a fin de realizar una
corrección adicional sobre todo el sector. Esta se lleva a cabo luego que se
hicieron las correcciones CIRC en cada "frame" del sector, mediante sus dos
CIRC, como se describió en el pie de página anterior. Estos 288 bytes
constan de 4 bytes de código detector errores (EDC), más 8 bytes cm ceros,
más 276 bytes de código corrector. De este modo, sólo es factible un bit
errado por cada 10.000.000.000.000 de bits (1/1013 = 10-13), o más. Un
lector de CD-DA no puede interpretar estos 288 bytes (escritos con los
datos), por lo que no puede leer un CD-ROM. A diferencia, un lector de CD-
ROM puede leer un CD-DA.
En un CD-ROM, en un CD-R, como en un CD-DA, de los 2352 bytes de datos
del sector, deben destinarse al comienzo, en la zona de datos del primer
frame, 12 bytes para sincronismo del sector (que existen además de los bits
de sincronismo de cada "frame" del mismo), y 4 bytes para el
encabezamiento ("header"). Este contiene en 3 bytes los valores de minutos
(mm), segundos (ss), y números (de 0 a 74) descriptos, que identifican cada
sector. El cuarto byte indica el "modo".
Por lo tanto, cada sector de un CD-ROM "modo 1" guarda en neto: 2352 - 12
- 4 - 288 = 2048 bytes reales (2 K) de datos.
Puesto que un sector de un CD-DA o CD-ROM, o CD-R presenta 98 "frames"
de 24 bytes de datos, y se leen 75 sectores/seg (CD-ROM x1), para esta
velocidad de lectura corresponde una velocidad de transferencia de (98 x
24) Bytes/sector x 75 sectores/seg = 176.400 Bytes/seg. (que se duplica,
triplica, etc., para 2x, 3x ... ).
De uso menos frecuente en computación es el formato "modo 2" de 2336
bytes para datos por sector, para aprovechar casi 15% más el espacio que
en el modo 1, dado que, (como en los CD-DA) no se emplean 288 bytes
adicionales para una ulterior corrección. Este formato es eficaz en
aplicaciones donde el error de 1 bit en 108 citado no es crítico, como ser en
el ahnacenanúento de imágenes.
También existe el formato CD-ROM X-A (de extended Architecture), para
multimedia, que agrega un campo de 8 bytes ("sub-header"), quedando libres
2324 bytes para datos. Permite reunir secuencias de video sincronizadas
con texto y sonido comprimidos.
Los reproductores de CD actuales pueden leer CD-ROM, CD-R (de varias
sesiones), CD-ROM X-A, Photo CD, Video-CD, CD-I, CD-plus, y CD-DA.
¿Qué es el formato lógico HSG/ISO 9660 para organización interna de un CD-
ROM usado en sistemas operativos para almacenar archivos?
Las siglas HSG hacen mención al High Sierra Group, grupo de fabricantes de
hard y soft que se reunió en el High Sierra Hotel de Nevada en 1985, para
establecer normas de compatibilidad entre CDs. Estas con muy pocas
variantes constituyera luego el estándar ISO 9660. De ahí la denominación
HSG/ISO 9660. Este estándar sirve para acceder a archivos en un CD-ROM,
a través del DOS u otro sistema operativo de uso en una PC. Según el mismo,
un sistema operativo -para almacenar la información o leerla- "ve" un CD-
ROM conformado por una sucesión de sectores lógicos de 2048 bytes (2KB)
como en una cinta magnética, constituidos a su vez por 4 bloques lógicos de
512 bytes.
Un archivo se guarda en una secuencia continua de bloques lógicos.
Tanto los sectores lógicos como los bloques lógicos se numeran 0,1,2...
Estos números identificatorios se denominan Logical Sector Numbers (LSN),
y Logical Blocks Numbers (LBN), respectivamente.
Resulta, pues, que el tamaño de un sector lógico (2 KB) coincide cm el de un
sector antes definido, también llamado sector físico, siendo que en un sector
físico entran 4 bloques lógicos de 512 bytes.
El sector lógico 0 (SLN 0) se encuentra luego que pasaron 150 sectores
físicos, en el sector físico de dirección 00:02 0, o sea en el sector que está a
2 seg. del comienzo del CD, suponiendo que pasan 75 sectores por segundo
por el punto de incidencia del rayo láser enfocado en la espiral.
Mediante un simple cálculo, con el SLN se puede hallar la dirección del
sector físico que le corresponde.
Según se vio, en un disquete o en un disco rígido un archivo puede estar
fraccionado: parte en sectores consecutivos de un cilindro, y parte en
sectores consecutivos de otro(s) cilindro(s). Ello depende del espacio
existente cuando fue creado, de su extensión, y del hecho de que si el
archivo fue ampliado en distintas oportunidades, en el lapso transcurrido
entre éstas fueron creados o borrados otros archivos.
En un CD la espiral una vez grabada no puede borrarse (sea del tipo CD-ROM
grabado por inyección en un molde patrón, o un CD-R). Cada archivo
guardado en el CD consta de varios sectores consecutivos de la espiral, sin
posibilidad de fragmentación, ni de cambios (gran estabilidad). Resulta así
sencillo ubicar en un CD todos los bloques lógicos que constituyen un
archivo, pues basta indicar la ubicación del primero de ellos y el número
total de tales bloques.
Por lo tanto, un CD no requiere de una tabla tipo FAT, necesaria para seguir
la continuidad de un archivo que se encuentra fraccionado en distintos
cilindros de un disco o disquete.
La denominada “Path table” ("tabla de alternativas") de un CD, contiene -por
orden alfabético- los nombres de todos los directorios y subdirectorios, junto
con el número de sector lógico (SLN) donde cada uno de ellos empieza, con
lo cual puede determinarse en qué sector físico están. Puede haber varias
tablas. Si una copia de esta tabla pasa a memoria principal, en ella se
selecciona el subdirectorio buscado, y luego es factible perder tiempo
únicamente para acceder a un solo sector del CD, donde dicho subdirectorio
se encuentra, a fin de localizar por su nombre un archivo que forma parte del
mismo. Para traer a memoria la "Path Table", el sistema operativo debe
averiguar en qué sector del CD ella está. A tal fin primero debe llevar a
memoria el Descriptor de Volúmen estándar (VD), que siempre debe existir
en el SLN 0. Este sector y hasta el SLN 15 están reservados para el área del
sistema; o sea que ésta consta de 32 KB (16 sectores de 2KB). Luego, se
extiende el área de datos hasta el fin del CD. Este VD también permite
localizar el SLN del área de datos donde se encuentra el "directorio raíz" del
CD, a partir del cual comienza la estructura jerárquica de subdirectorios y
archivos contenidos en el CD, como en los discos y disquetes.
Conforme al estándar HSG, pueden existir en el área del sistema un "boot
sector", y hasta 5 descriptores de volumen distintos, que informan sobre
distintos atributos del CD, siendo obligatoria la existencia del VD estándar.
Esta información debe estar en sectores consecutivos, a partir del SLN 0, al
final de los cuales un sector lógico debe indicar el fin de la secuencia de
sectores ocupados en el área del sistema.
Los descriptores de volumen posibilitan la creación de varios directorios en
un CD (o para un grupo de CD)
¿Qué son las técnicas magneto-ópticas (MO) y de cambio de fase
usadas en discos ópticos borrables?
Los discos borrables magneto-ópticos (M0) presentan una fina capa de
material magnetizable y reflectante, protegida entre dos capas de material
plástico transparente. La capa magnetizaba guarda la información en pistas
concéntricas, que se graban y leen a velocidad angular constante (CAV:
constant angular velocity) como ocurre en los discos magnéticos. También
como en éstos, mientras el disco gira, el cabezal primero se posiciona en la
pista a la que se quiere acceder, quedando inmóvil sobre ella (al igual que el
cabezal de los discos magnéticos), y luego busca al sector (de 512 ó 1024
bytes) direccionado.
En la escritura un cabezal con un haz láser auxilia con calor puntual la
grabación N-S o S-N que llevará a cabo un campo magnético. Dicho haz, en
la lectura de un sector, al ser reflejado por la capa magnetizada servirá para
detectar si el punto donde incidió tiene polarización magnética
correspondiente a un uno o cero.
El tiempo de acceso puede ser hoy de 30 mseg. para discos MO de 3 1/2", y
velocidades de 3000 r.p.m.
Los discos MO se alojan en los denominados "cartuchos" (“cartridges"),
semejantes a los que protegen disquetes magnéticos. Pueden grabarse y
leerse en ambas caras, pero en el presente de a una por vez, debiéndose
extraer el disco para darlo vuelta y reinsertarlo. Existen discos MO de 5 1/4",
con 325 ó 650 MB por cara; y de 3 1/2" con 128 MB por cara.
Dado que no existen aún normas acordadas mundialmente, puede ocurrir
que un disco MO de un fabricante no funcione en una unidad para tales
discos de otra marca.
Como se detallará, en la grabación de unos y ceros de un sector, debe
generarse un campo magnético de polaridad adecuada mediante un
electroimán, como en los discos magnéticos.
Pero para que tal grabación sea posible, debe acompañar al campo
magnético un haz láser puntual de cierta potencia, perpendicular a la pista,
que caliente los puntos de ésta (dominios mgnéticos) que son magnetizados
como ceros o unos. Esto permite una mayor densidad de grabación, especial
en el números de pistas por pulgada (t.p.i).
En la lectura de una pista, no interviene el electroimán citado. Este sensado
se hace con un haz láser de baja potencia, cuya reflexión permite diferenciar
campos magnéticos, ya sean de unos o ceros grabados.
Otra diferencia de los MO respecto de los magnéticos, radica en que la
superficie de material magnetizable y reflectiva (actualmente de Cobalto-
Platino) que contiene la información grabada, está protegida por una capa de
plástico translúcida.
Para regrabar (o grabar en un disco virgen) información en un sector, una
forma de hacerlo es realizando dos pasos (previamente el cabezal debe
acceder al sector a grabar):
1. Un denominado borrado, que en definitiva es una escritura de todos
ceros en la porción de la capa magnetizable a grabar. Consiste en calentar
con el láser' los puntos microscópicos magnetizados que guardan tanto los
unos como los ceros existentes en la porción a grabar (lo mismo si se graba
por primera vez), al mismo tiempo que se aplica un campo magnético con el
electroimán que actúa desde la cara superior del disco. El láser puntual
calienta (a unos 150 ºC durante menos de una millonésima de segundo)
cada punto a fin de desmagnetizarlo, para que luego quede polarizado
magnéticamente S-N como un cero, merced a la acción del campo magnético
del electroimán citado. Aunque dicho campo actúe sobre otros puntos
vecinos, sólo puede ser cambiada la polaridad magnética del punto que es
calentado por el láser.
Se trata, pues, de una escritura termomagnética "asistida" por láser.
La bobina del electroimán sobre el disco genera el campo rnagnetizador
externo -usado sólo para grabar- que es vertical a la pista accedida.
El calor es disipado por la capa grabada hacia todo el CD.
2. Escritura de unos, para lo cual el disco debe hacer casi una revolución
para volver al inicio de la zona del sector a grabar. En este paso el
electroimán invierte la polaridad del campo magnético que genera, y el haz
puntual es activado por el microprocesador, sólo para calentar puntos que
deben ser cambiados a unos (magnetizados como ceros en el paso anterior)
conforme a la información que debe ser realmente escrita. Esto se hace igual
que en el paso 1. Lo único que cambia es la dirección de la corriente en el
electroimán. En dichos puntos la dirección de magnetización se invierte en la
dirección del campo magnético externo. La energía calorífico absorbida es
disipada merced a la conducción técnica del sustrato del disco.
Tanto en la escritura de unos o ceros la polarización resultante N-S o S-N es
perpendicular a la superficie, como en los discos rígidos actuales, a fin de
lograr una mayor densidad de grabación.
En una lectura, el cabezal se posiciona en la pista a leer, y genera un haz de
luz láser, de baja potencia siempre activado, el cual polarizado' es enfocado
en esa pista de la superficie metálica, antes magnetizada según los dos
pasos citados. El haz láser al ser reflejado en dicha superficie permite
detectar indirectamente la polaridad magnética (N-S ó S-N) de cada uno de
los puntos de la pista, o sea si representa un uno o un cero. Esto se debe a
que el plano de polarización del haz reflejado rota un pequeño ángulo en
sentido horario o antihorario según la polaridad del campo magnético
existente en cada punto donde el haz incidió. Tal diferencia de rotación del
haz reflejado se manifiesta en un cambio en la intensidad de luz que detecta
un diodo sensor, ubicado en el cabezal, que convierte este cambio en una
señal eléctrica.
En el presente existen discos MO de escritura en una sola pasada (DOW:
Direct Overwriter o LIMDOW: Light Intensity Modulation Direct Overwriter), o
sea de sobreescritura directa Una técnica consiste en agregar una capa MO
adicional, paralela a la que actúa como memoria propiamente dicha, para
que puntos de ésta puedan ser puestos a cero por la capa adicional.