Mantenimiento y Montaje de Equipos Informáticos/Tema 3/Almacenamiento electrónico

Índice de Almacenamiento electrónico

18:57 25 sep 2023

Índice del «Tema 3»

Tema3: Dispositivos de almacenamiento

MME: 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

El almacenamiento electrónico se trata de aquellos dispositivos que son capaces de guardar datos utilizando dispositivos electrónicos, generalmente chips del tipo NAND u otra tecnología. Al dejar de suministrar corriente eléctrica, sigue guardada la información.

Parámetros IOPS

Las operaciones de entrada/salida por segundo (IOPS, operaciones de entrada y salida por segundo) es una medida de rendimiento operaciones de entrada/salida utilizada para caracterizar dispositivos de almacenamiento en unidades de estado sólido (SSD).

Las características de rendimiento más comunes medidas son operaciones secuenciales y aleatorias. Las operaciones secuenciales acceden a ubicaciones en el dispositivo de almacenamiento de manera contigua y generalmente están asociadas con grandes tamaños de transferencia de datos (ficheros multimedia). Las operaciones aleatorias acceden a ubicaciones en el dispositivo de almacenamiento de manera no contigua y generalmente están asociadas con pequeños tamaños de transferencia de datos (ficheros ejecutables, configuración, Sistema Operativos).

IOPS puede considerarse análogo a las "revoluciones por minuto" de un motor de un disco duro, es decir, un motor capaz de girar a 10,000 RPM obtendría alrededor de 142 a 151 IOPS.

Las características de rendimiento más comunes son las siguientes:

Medida	Descripción
Total IOPS	Número total de operaciones E/S (combinación de pruebas de lectura y escritura en las unidades)
Random Read IOPS	Número medio de lecturas aleatorias por segundo
Random Write IOPS	Número medio de escrituras aleatorias por segundo
Sequential Read IOPS	Número medio de lecturas secuenciales por segundo (normalmente mayor que Random Read IOPS)
Sequential Write IOPS	Número medio de escrituras secuenciales por segundo (normalmente mayor que Random Write IOPS)

La medida de IOPS secuenciales (especialmente cuando se usa un tamaño de bloque grande) generalmente indican la tasa máxima de transferencia sostenida que puede manejar el dispositivo de almacenamiento.

Tecnología NAND Flash

Casi la totalidad de los fabricantes comercializan sus SSD con memorias no volátiles NAND flash para desarrollar un dispositivo no sólo veloz y con una vasta capacidad, sino también robusto y a la vez lo más pequeño posible tanto para el mercado de consumo como el profesional. Al ser memorias no volátiles, no requieren ningún tipo de alimentación constante ni pilas para no perder los datos almacenados, incluso en apagones repentinos.

Vídeo de fabricación de un disco de estado Sólido (SSD)

Estructura física^[1]

Celdas

Operaciones en una celda NAND: lectura, escritura y borrado

Las memorias flash NAND almacenan los datos en muchas celdas NAND mediante transistores de puerta flotante similares a un MOSFET.

Una sola celda flash NAND almacena un solo bit de datos en una unidad de estado sólido y continuará almacenando ese estado incluso después de que se haya eliminado la corriente eléctrica. Por tanto, al eliminar la corriente eléctrica de alimentación del dispositivo NAND no afecta el estado de la puerta flotante, por lo que mantiene los datos.

Funcionamiento

La carga eléctrica de una celda NAND se almacena en la puerta flotante que está aislada arriba y abajo por capas aislantes. Los electrones de la capa flotante son atraídos en el sentido en el que se aplica la tensión en las puertas del transistor. En una celda se pueden realizar las siguientes acciones:

Escribir: al aplicar un mayor voltaje a la celda en la puerta de control, los electrones se mueven desde el sustrato de silicio a la puerta flotante. El sustrato se comporta como aislante al no tener electrones y no fluye corriente entre la puerta fuente y la puerta de drenado.

Borrar: se aplica un mayor voltaje en el sustrato (sentido contrario) y los electrones van de la puerta flotante al sustrato. Por tanto el sustrato se comporta como conductor y fluye corriente entre la puerta fuente y la puerta de drenado.

Leer estado: se aplica un pequeño voltaje a la puerta de control y se mide la corriente que fluye entre la fuente y el drenaje. Si no hay flujo de corriente, significa que la puerta flotante está cargada (binario 0). Si hay flujo de corriente, la puerta flotante no está cargada (binario 1),

Degradación de la celda: La actividad eléctrica de borrado desgasta la capa aislante de la celda con el paso del tiempo. Por lo tanto, cada celda tiene un tiempo de vida finito, medido en ciclos de programado y borrado (P/E cycles) y el número de bits que almacena cada celda. Además el almacenamiento NAND requiere de unos procesos adicionales que realiza la controladora NVMe: detectar bloques defectuosos, recolector de basura y nivelación del desgaste de las celdas.

Tipos Celdas NAND^[2]

SLC (Single Level Cell). Cuando se detecta cualquier corriente entre la fuente y el drenaje, se puede saber que la celda está escrita o no. Por lo tanto tendrá dos estados (escritos o borrados) y se representa con un bit.

MLC (Multi Level Cell). La celda NAND puede cargar en la puerta flotante cuatro niveles diferentes de carga de electrones. Por lo tanto tendrá cuatro estados y se representan con dos bits.

TLC (Tri Level Cell). La celda NAND puede cargar en la puerta flotante ocho niveles diferentes de carga de electrones. Por lo tanto tendrá ocho estados y se representan con tres bits.

QLC (Quad Level Cells). La celda NAND puede cargar en la puerta flotante dieciséis niveles diferentes de carga de electrones. Por lo tanto tendrá dieciséis estados y se representan con cuatro bits.

PLC (5 bits por celda).. en desarrollo.

La carga máxima de cada celda en su puerta flotante es aproximadamente el mismo. Por lo tanto, las células SLC tienen mayor holgura entre sus estados y más seguridad. Debido a esto, SLC NAND puede soportar temperaturas extremas y otros efectos adversos mucho mejor que los otros tipos. Además, los tipos etiquetados como e (enterprise) como por ejemplo eMLC soportan menores tasas de error de las celdas.

Características de los tipos de celda:

Tipo	Bits por celda	Máximo ciclos borrado (PE)	Tiempo lectura	Tiempo escritura	Tiempo borrado	Fiabilidad	Coste/Byte	Uso
SLC	1	100.000	0,025ms	0,2 a 0,3 ms	1,5 a 2 ms	la mayor	el mayor	industrial
MLC	2	10.000 (30.000 eMLC)	0,050ms	0,6 a 0,9 ms	3 ms	alto	alta	empresas
TLC	3	5.000	0,075ms	0,9 a 1,3 ms	3 a 4,5 ms	baja	menor	perfil medio/alto usuarios
QLC	4	1.000	0,100ms	1,5 ms	6 ms	muy baja	el menor	perfil medio/bajo usuarios

Arquitectura

Páginas

Una página la forman una matriz de celdas unidas. Cada celda se une a la siguiente para formar una fila de la matriz o cadena de celdas. Las filas se unen a través de una sola columna para formar la matriz. Esta matriz es la página y puede almacenar entre 2 a 16 KiB, según cada fabricante.

El acceso a los valores de cada celda no es soportado. Siempre se accede a la página y,

se lee el contenido almacenado en todas las celdas en ella de una vez.
se escribe en todas las celdas de la página de una vez si previamente ha sido borrado, degradando todas las celdas de la misma página.

Bloques

Un bloque de celdas NAND lo forman un conjunto de páginas unidas. Puede almacenar entre 128 y 512 páginas, según cada fabricante.

La operación asociada al bloque es el borrado de todas sus páginas, de esta forma las páginas podrán ser escritas de nuevo pues la sobreescritura no se soporta. El borrado también degrada todas las celdas del mismo bloque.

Capas

Cada capa o plano lo forman un conjunto de 256 o 512 bloques. Las capas a su vez se agrupan en dados que se encapsulan para formar un dispositivo o chip NAND. Las capas se aíslan unas de otras con otra capa intercalada que contiene sustrato únicamente (tipo sandwich).

Funciones

Lectura de datos (en Páginas)

El proceso de lectura datos consiste en seleccionar una página NAND y aplicar una pequeña corriente a la puerta flotante y obtener los resultados contenidos en ella. Estos datos son volcados a la caché del dispositivo. Este proceso no produce un gran deterioro de la celda NAND.

Escritura de datos (en Páginas)

El bloque tiene que haber sido borrado previamente. No se permiten las reescrituras de páginas. Por tanto las páginas válidas y no válidas no se podrán utilizar hasta que no se borre todo el bloque.

El proceso de escritura datos consiste en seleccionar una página NAND y aplicar una alta corriente a la puerta flotante y guardando los resultados provenientes de la caché del dispositivo. Este proceso produce un deterioro (tunelizado (Fowler-Nordheim tunnelling) desde el sustrato a la capa flotante a través del aislante) de la celda NAND. No existe una unidad menor para escribir y leer puesto que la controladora direcciona con páginas.

Borrado de datos (en bloques) y Recolección de elementos no utilizados (Recolección de basura)

El proceso de borrar datos consiste en expulsar los electrones de la puerta flotante y tunelizarlos (Fowler-Nordheim tunnelling) hasta el sustrato a través de la capa aislante. Se realiza al aplicar un voltaje más alto al sustrato. Con esto las celdas se deterioran debido al estrés de la tensión. La celda vuelve a su estado natural.

El borrado se realiza por bloques. Toda la información contenida en ellos es borrada. Por tanto, antes del borrado se deben mover las páginas válidas (con información) a los bloques que no se van a borrar próximamente, a este proceso se le denomina la recolección de elementos no utilizados (basura). Los S.O. y los usuarios pueden realizarlo mediante el comando TRIM.

Detectar bloques defectuosos

NAND se basa en ECC para compensar los bits que pueden fallar de forma espontánea durante el funcionamiento normal del dispositivo. La ECC no puede corregir el error durante la lectura. En las operaciones de borrado o escritura, el dispositivo puede detectar bloques que no se puede escribir o borrar, marcándolos como bloques no válidos. Entonces los datos son escritos en otros bloques válidos, y el mapa de bloques defectuosos se actualiza y se pierde la capacidad correspondiente del dispositivo.

La mayoría de los dispositivos NAND se entregan desde fábrica con algunos bloques defectuosos. Por lo general son marcados de acuerdo con una estrategia preestablecida que los marca como bloques no válidos. Al permitir que algunos bloques sean marcados como defectuosos, los fabricantes pueden alcanzar beneficios más elevados. Esto reduce significativamente los costes de flash NAND y sólo disminuye ligeramente la capacidad de almacenamiento de los dispositivos.

Nivelación de desgaste

Nivelado de ciclos de borrado en bloques NAND

La nivelación del desgaste (el desgaste uniforme) es una técnica que utilizan los controladores de los discos de estado sólido (SSD) para aumentar la vida útil de los dispositivos NAND. El principio es sencillo: distribuir uniformemente las escrituras de las páginas en todo el dispositivo. Para ello el controlador lleva la cuenta del número de escrituras de cada bloque. Cuando llegan nuevos datos a escribir se seleccionan las páginas con menores escrituras realizadas y posteriormente, cuando la caché del dispositivo se vacía, se realiza el movimiento de bloques con menores escrituras (datos estáticos: programas, drivers, SO, ...) a bloques que han sido muy utilizados (ficheros temporales SO y usuario, base de datos, ...).

Sobreaprovisionamiento^[3]

Si recordamos el tradicional juego de "ordenar los cuadrados". Con solo un cuadrado vacío, se requiere una gran cantidad de movimientos para ordenarlos. Pero si tenemos más espacio libre, la cantidad de movimientos disminuye considerablemente. Esto ocurre de manera similar en los dispositivos. La cantidad mínima de sobreaprovisionamiento para un dispositivo se establece en fábrica (un 7% para usuarios y un 23% para empresas) y no puede ser modificada por el usuario. Sin embargo, los usuarios pueden asignar más espacio libre y decidir no utilizarlo para conseguir un mejor rendimiento. Es un espacio libre que deja el disco duro para poder hacer movimientos más faciles.

Factor de amplificación de escritura ()

La amplificación de escritura (WAF) es un fenómeno indeseable asociado con la memoria flash (SSD), donde la cantidad real de información escrita físicamente (datos enviados + nivelación + corrección bloques defectuosos + metadatos asociados) en la memoria flash respecto a los enviados por el host. Por tanto es un múltiplo de la cantidad lógica que se pretende escribir. Normalmente el valor de WAF no supera los 2 puntos y es mayor que 0, siendo lo normal entre 1 y 1.5.

Cálculo del Factor de amplificación de escritura (WAF):^[4]:

${\text{ Factor de amplificación de escritura (WAF)}}={\frac {\text{datos escritos físicamente en el SSD }}{\text{datos enviados por el SO}}}$

Factores que afectan al WAF:

Factor	Relación
Recolección de elementos no utilizados	positivo: los bloques no válidos pueden borrarse y reutilizarse, generando más espacio libre.
Sobreaprovisionamiento	Positivo: genera una menor cantidad de movimientos.
Espacio libre por el usuario	Positivo: similar al sobreaprovisionamiento pero no se de confiar en el usuario que siempre tiende a utilizar todo el espacio posible.
Nivelación de desgaste	Negativo: debido al movimiento, generará borrado de bloques
Separación de datos estáticos y dinámicos en bloques diferentes	positivo: los datos estáticos permanezcan en reposo y, si nunca se reescriben, tendrá la amplificación de escritura más baja posible para esos datos. El inconveniente de este proceso es que de alguna manera el controlador SSD aún debe encontrar una manera de nivelar los datos estáticos para que los bloques lleguen a los ciclos borrados máximos.
TRIM	Positivo: similar a la recolección de elementos no utilizados
Datos secuenciales	positivo: se generan pocas modificaciones en algunos bloques y en la LBA.
Datos aleatorios	negativo: se generan muchos modificaciones en muchos bloques y en la LBA.
Compresión de datos	positivo: similar a los datos secuenciales al comprimir

Período de vida útil (TBW / Años)

TeraBytes Escritos, es una medida de la resistencia de la unidad de estado sólido (SSD), indica el total de escrituras físicas en bytes a lo largo de su vida útil. En esta medida se debe incluir la amplificación de escritura (WAF). Cuando llegue a su máximo de escrituras la SSD no soportará la escritura, por tanto solo se podrá leer la información de la SSD.

Los años de garantía indica el tiempo en años que garantiza el fabricante en un entorno normal de funcionamiento hasta que no soporte la escritura.

Así por ejemplo una SSD con capacidad 500GB, 150 TBW y 5 años de garantía se puede calcular las escrituras máximas diarias:

Se convierte a GiB: 150 TBW * 1024= 153600 GiBW
Se calcula los GiB con un WAF= 1,5 estimado

{\text{ 1,5}}={\frac {\text{153600}}{\text{datos enviados por el SO}}}

Resulta datos enviados por el SO=102400 GiBW

{\text{DWPD (GiB escritos por día)}}={\frac {\text{102400}}{\text{365 días * 5 años}}}

Resulta 56,1 GiB escritos diarios que soportará en los 5 años de garantía.

Interpretando DWPD

Cuando las SSD tienen capacidades diferentes, la cantidad total de datos que se puede escribir puede variar drásticamente.
Por ejemplo: una SSD de 1 TB, “1 DWPD” y una SSD de 15 TB, “1 DWPD”, ambos con una garantía de 5 años.

TBW (1TB) = 1TB * 1 DWPD * 365 días / año * 5 años = 1,825 TBW

TBW (15TB) = 15TB * 1 DWPD * 365 días / año * 5 años = 27,375 TBW (justo 15 veces superior)

Dispositivos

Unidad de Estado Sólido

Una unidad de estado sólido o SSD (acrónimo en inglés de solid-state drive) es un dispositivo de almacenamiento de datos que usa una memoria no volátil, como la memoria flash, o una memoria volátil como la SDRAM, para almacenar datos, en lugar de los platos giratorios magnéticos encontrados en los discos duros convencionales. En comparación con los discos duros tradicionales, las unidades de estado sólido son menos sensibles a los golpes, son prácticamente inaudibles y tienen un menor y constante tiempo de acceso y de latencia. Las SSD hacen uso de la misma interfaz que los discos duros y, por lo tanto, son fácilmente intercambiables sin tener que recurrir a adaptadores o tarjetas de expansión para compatibilizarlos con el equipo.

Son comercializadas con las dimensiones heredadas de los discos duros, es decir, en 3,5 pulgadas, 2,5 pulgadas y 1,8 pulgadas, aunque también ciertas SSD vienen en formato «tarjeta de expansión».

En algunos casos, las SSD pueden ser más lentas que los discos duros, en especial con controladoras antiguas de gamas bajas, pero dado que los tiempos de acceso de una SSD son inapreciables, al final resultan más rápidos. Este tiempo de acceso tan corto se debe a la ausencia de piezas mecánicas móviles, inherentes a los discos duros.

Aunque técnicamente no son discos, a veces se traduce erróneamente en español la "D" de SSD como "disk" cuando, en realidad, representa la palabra "drive", que podría traducirse como unidad o dispositivo.

Unidad de estado sólido SSD con interfaz M.2

El rendimiento de las SSD se incrementan añadiendo chips NAND Flash en paralelo. Un sólo chip NAND Flash es relativamente lento, dado que la interfaz de entrada y salida es de 8 ó 16 bits y también por la latencia adicional de las operaciones básicas de E/S. Cuando varios dispositivos NAND operan en paralelo dentro de un SSD, las escalas de ancho de banda se incrementan y las latencias de alta se minimizan, siempre y cuando las operaciones se distribuyan uniformemente entre los chips.

La SSD se compone principalmente de:

Controladora: Es un procesador electrónico que se encarga de administrar, gestionar y unir los módulos de memoria NAND con los conectores en entrada y salida. Ejecuta software a nivel de firmware y es, con toda seguridad, el factor más determinante para las velocidades del dispositivo. Dos tipos:
- SATA
- NVMe, o Non-Volatile Memory es una especificación para el acceso a las unidades de estado sólido (SSD) conectadas a través del bus PCI Express o SATA Express. Aprovecha el paralelismo de acceso a los datos de los chips para incrementar la velocidad de transferencia de datos.

Buffer: Un dispositivo SSD utiliza un pequeño dispositivo de memoria DRAM similar al caché de los discos duros. El directorio de la colocación de bloques y el desgaste de nivelación de datos también se mantiene en la memoria caché mientras la unidad está operativa.

Condensador: Es necesario para mantener la integridad de los datos de la memoria caché, si la alimentación eléctrica se ha detenido inesperadamente, el tiempo suficiente para que se puedan enviar los datos retenidos hacia la memoria no volátil.

Memoria USB

Las partes típicas de una memoria USB son las siguientes:

Un conector USB macho tipo B (3): Provee la interfaz interna con la computadora.
Controlador USB de almacenamiento masivo (2): Implementa el controlador USB y provee la interfaz homogénea y lineal para dispositivos USB seriales orientados a bloques, mientras oculta la complejidad de la orientación a bloques, eliminación de bloques y balance de desgaste. Este controlador posee un pequeño microprocesador y un pequeño número de circuitos de memoria RAM y DDR5.
Circuito de memoria Flash NAND (4): Almacena los datos.
Oscilador de cristal (8): Produce la señal de reloj principal del dispositivo a 800 MHz y controla la entrada de datos a través de un bucle.

Secure Digital

Secure Digital (SD) es un formato de tarjeta de memoria inventado por Panasonic. Se utiliza en dispositivos portátiles tales como cámaras fotográficas digitales, PDA, teléfonos móviles, computadoras portátiles e incluso videoconsolas (tanto de sobremesa como portátiles), entre muchos otros.

Estas tarjetas tienen unas dimensiones de 32 mm x 24 mm x 2,1 mm

Hay algunas tarjetas SD que tienen un conector USB integrado con un doble propósito, y hay lectores que permiten que las tarjetas SD sean accesibles por medio de muchos puertos de conectividad como USB, FireWire y el puerto paralelo común.

Las velocidades mínimas garantizadas de transferencia que aseguran las tarjetas han sido estandarizadas con las siguientes nomenclaturas:

Velocidad mínima de escritura secuencial	Clase de velocidad	UHS: velocidad escritura mínima garantizada	Clase de velocidad de Vídeo	Aplicación
2 MB/s	Class 2 (C2)	-	-	Grabación de vídeo en definición estándar (SD)
4 MB/s	Class 4 (C4)	-	-	Grabación de vídeo en Alta definición (HD) [720p]
6 MB/s	Class 6 (C6)	-	Class 6 (V6)	Grabación de vídeo en Alta definición (HD) [720p]
10 MB/s	Class 10 (C10)	Class 1 (U1)	Class 10 (V10)	Full HD (1080p) Grabación de vídeo y grabación consecutiva de imágenes en HD (bus de alta velocidad), emisión en tiempo real y vídeos largos en HD (UHS bus)
30 MB/s	-	Class 3 (U3)	Class 30 (V30)	4K ficheros de vídeo a 24/30 fps (UHS bus)
60 MB/s	-	-	Class 60 (V60)	4K ficheros de vídeo a 60/120 fps (UHS bus)
90 MB/s	-	-	Class 90 (V90)	4K ficheros de vídeo a 60/120 fps (UHS bus)

Clase de Perfil	Velocidad mínima de escritura secuencial	Mínima de lectura aleatoria	Mínima de escritura aleatoria
Class 1 (A1)	10 MB/s	1500 IOPS	500 IOPS
Class 2 (A2)	10 MB/s	4000 IOPS	2000 IOPS

Interfaz de bus	Logotipo del bus	Velocidad del bus	Versión de especificaciones
Default Speed	—	12,5 MByte/s	1.01
High Speed	—	25 MByte/s	2.00
UHS-I		12,5 MByte/s (SDR12) 25 MByte/s (SDR25) 50 MByte/s (SDR50, DDR50) 104 MByte/s (SDR104)	3.01
UHS-II		156 MByte/s (FD156) 312 MByte/s (HD312)	4.00/4.10^[5]
UHS-III		312 MByte/s (FD312) 624 MByte/s (FD624)	6.0^[6]

WEB comparativa de rendimientos de SD

En el web Camara Memory Speed Se utilizan diferentes programas comparadores para realizar las pruebas, Se extraen unos resultados que se publican en el web. Se puede observar comparativas de discos en lecturas, escrituras. Resulta interesante consultarla antes de adquirir un disco duro. Pero no están todos los modelos.

eMMC

La arquitectura eMMC integra los componentes MMC (memoria flash y controlador) en un pequeño paquete BGA (matriz de bolillas), para su utilización en circuitos impresos como sistema de almacenamiento embebido no volátil (teléfonos inteligentes, tabletas, etc.). Se caracteriza por su su bajo consumo eléctrico.

Interfaces (Tipos de conexión)

PATA

Integrated Drive Electronics ("Dispositivo electrónico integrado") o ATA (Advanced Technology Attachment), controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros.

SATA (Serial ATA), mSATA:

Es el más utilizado hoy en día, utiliza un bus serie para la transmisión de datos. Notablemente más rápido y eficiente que IDE. Versiones:

SATA 1 de hasta 150 MB/s, está descatalogado.
SATA 2 de hasta 300 MB/s, el más extendido en la actualidad.
SATA 3 de hasta 750 MB/s el cual se está empezando a hacer hueco en el mercado.

PCIe

Suelen utilizarla los discos SSD de alto rendimiento para evitar el cuello de botella de SATA o incluso SAS. Es una conexión PCI Express 3.0 directa al disco SSD. Va a sustituir al conector mSATA actual por su altísimo rendimiento y su mejora en la eficiencia energética en modo hibernación o suspensión.

M.2

Es una especificación de PCI Express para la ampliación con tarjetas de expansión interna de ordenadores y sus conectores asociados. Sustituye al estándar mSATA. M.2 utiliza la ranura física tipo MiniCard. Las especificaciones de M.2 son más flexibles, lo que permite diferentes longitudes y anchos de módulos, así como, unido a la disponibilidad de interfaces más avanzadas, hacen al estándar M.2 más idóneo que el mSATA para las SSD en general y para su uso en dispositivos más pequeños como ultrabooks o tablet. La interfaz del bus de datos que está detrás (interna/no visible) del conector M.2 según:

Tipo M:

Conector interno: PCIe ×4, SATA que aprovecha totalmente la velocidad de almacenamiento de los dispositivos PCI Express para admitir muchas operaciones I/O en paralelo.
Factor forma: 2242 (22mm x 42 mm), 2260, 2280, 22110.

Tipo B:

Conector interno: PCIe ×2, SATA y USB 3.0
Factor forma: 3042 (30 mm x 42 mm), 2230, 2242, 2260, 2280, 22110 (22 mm x 110 mm)

Elección / comparativa objetiva ponderada entre varios dispositivos

Cuando se debe elegir un dispositivo (por ejemplo: un SSD) y se consideran varios parámetros o características diferentes en los que no se pueden operar directamente (por ejemplo: capacidad, velocidades), se debe ponderar o priorizar los parámetros o características sobre los otros según la importancia que se decida (por ejemplo: la capacidad un 60% sobre el resto de parámetros o características ). La suma de todas las ponderaciones deberá resultar 100.

Para ello se deberá enumerar los parámetros o características a seleccionar y se deberá reflexionar en el porcentaje o puntuación de 0 a 100 a aplicar en cada uno de ellos (estudio del caso o auditoría previa). Por ejemplo en un SSD: precio 60%, velocidad lectura 25% y un 15% en la velocidad de escritura. Total suma 100%.

Después se deberá elegir algunos dispositivos que serán los candidatos a la elección. Por ejemplo:

ssd1: PVP=100€, Vr=300MB/s ,Vw=200MB/s
ssd2: PVP=80€, Vr=200MB/s ,Vw=100MB/s
ssd3: PVP=120€, Vr=400MB/s ,Vw=100MB/s

El paso siguiente será elegir el valor ideal de cada parámetro, será el máximo (por ejemplo: capacidad, velocidades de transferencia,...) o el mínimo (por ejemplo: precio, latencias,...). Siguiendo con el ejemplo:

PVP (mínimo) 80€
Vr (máximo) 400MB/s
Vw (máximo) 200MB/s

Ahora se trata de aplicar un puntuación de 0 a 100 a cada parámetro de manera proporcional, se utiliza la regla de tres directa para los máximos, y la regla de tres inversa para los parámetros mínimos. Se sustituye la medida real por la puntuación obtenida de 0 a 100. Siguiendo con el ejemplo:

ssd1: PVP=80, Vr=75 ,Vw=100
ssd2: PVP=100, Vr=50 ,Vw=50
ssd3: PVP=67, Vr=100 ,Vw=50

Finalmente se multiplican las puntuaciones por la ponderación y se suman los resultados. El dispositivo óptimo obtendrá la mayor puntuación y será el elegido. Siguiendo con el ejemplo:

ssd1: (60*80) + (25*75) + (15*100)= 8175. Elección pues es el valor más alto
ssd2: (60*100) + (25*50) + (15*50)= 8000
ssd3: (60*67) + (25*100) + (15*50)= 7270

Si se puede realizar con una hoja de cálculo, se podrá variar o incluir muchos más parámetros o dispositivos sin apenas esfuerzo. Pero lo adecuado siempre será la elección y reflexión en el porcentaje a aplicar en cada uno de ellos pues se basa en ello.

Cuando obtengamos valores muy similares entre el dispositivo elegido y alguno de los no elegidos se puede recurrir a comparar algún otro parámetro secundario a la elección (IOPS, temperatura de trabajo, tiempo de acceso,...) para poderlo diferenciar mejor.

Por otro lado, se llama cocinar una elección al proceso inverso: primero se selecciona un dispositivo, después se amaña o se falsea las ponderaciones de los parámetros o características y finalmente se intentan justificar los ponderaciones aplicadas en la falsa elección.

Auditoría con S.M.A.R.T.

GSmartControl: información general de un SSD

La tecnología S.M.A.R.T., siglas de Self Monitoring Analysis and Reporting Technology, consiste en la capacidad de detección de fallos del disco duro. La detección con anticipación de los fallos en la superficie permite al usuario el poder realizar una copia de su contenido, o reemplazar el disco, antes de que se produzca una pérdida de datos irrecuperable.

Este tipo de tecnología tiene que ser compatible con la BIOS del equipo, estar activada y además que el propio disco duro la soporte.

Principales parámetros a controlar

Los parámetros más característicos a controlar son los siguientes:

Temperatura del disco. El aumento de la temperatura a menudo es una señal de problemas de motor del disco.
Velocidad de lectura de datos. Una reducción en la tasa de transferencia de la unidad puede ser una señal de diversos problemas internos.
Tiempo de partida (spin-up). Unos cambios en el tiempo de partida pueden ser un reflejo de unos problemas con el motor del disco.
Contador de sectores reasignados. La unidad reasigna muchos sectores internos debido a los errores detectados, esto puede significar que la unidad va a fallar definitivamente.
Velocidad de búsqueda (Seek time). Relacionado con la altura de vuelo del cabezal. La tendencia a la baja en altura de vuelo a menudo presagian un accidente del cabezal.
Uso de ECC y Conteo de errores: El número de errores detectados por la unidad, aunque se corrijan internamente, a menudo señala problemas con el desarrollo de la unidad. La tendencia es, en algunos casos, más importante que el conteo real.

Los valores de los atributos S.M.A.R.T van del número 1 al 253, siendo 1 el peor valor. Los valores normales son entre 100 y 200. Estos valores son guardados en un espacio reservado del disco duro.

Si el BIOS detecta una anomalía en el funcionamiento, avisará al usuario cuando se inicie el proceso de arranque del computador con el disco duro estropeado o con grandes posibilidades de que ocurra algún fallo importante.

La mayoría de los fabricantes de discos duros y de placas madre incorporan esta característica en sus productos.

Prácticas en el aula (tema 7.3)

Con Linux: smartmontools y GSmartControl
Con WinNt: HD Tune

↑ «Unidades de estado sólido 101: todo lo que siempre quiso saber» Steve Larrivee.
↑ «Differences Among SSD NAND Flash Memory: QLC/SLC/MLC/TLC» John Weaver .
↑ «SSD Over-Provisioning And Its Benefits» SeaGate.
↑ «Intel Solid State Drives». Intel. Consultado el 2010-05-31.
↑ SD Bus Speed. SD Association.
↑ «Understanding the New UHS-III».

[1] «Unidades de estado sólido 101: todo lo que siempre quiso saber» Steve Larrivee.

[2] «Differences Among SSD NAND Flash Memory: QLC/SLC/MLC/TLC» John Weaver .

[3] «SSD Over-Provisioning And Its Benefits» SeaGate.

[4] «Intel Solid State Drives». Intel. Consultado el 2010-05-31.

[5] SD Bus Speed. SD Association.

[6] «Understanding the New UHS-III».

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]