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

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Índice de Almacenamiento electrónico

11:15 5 jun 2018

Índice del «Tema 3»

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.

Memoria USB[editar]

Una memoria USB (de Universal Serial Bus), es un dispositivo de almacenamiento que utiliza una memoria flash para guardar información. Se le conoce también con el nombre de unidad flash USB, lápiz de memoria, lápiz USB, minidisco duro, unidad de memoria, llave de memoria, Pen Disk, pen drive, entre otros.

Características[editar]

Estas memorias se han convertido en el sistema de almacenamiento y transporte personal de datos más utilizado, desplazando en este uso a los tradicionales disquetes y a los CD. Se pueden encontrar en el mercado fácilmente memorias de 1 GB hasta de 1 TB. Por ejemplo las memorias con capacidades de 32GB equivaldría a unos 43 CD de 700 MB.

Los sistemas operativos actuales pueden leer y escribir en las memorias sin más que enchufarlas a un conector USB del equipo encendido, recibiendo la tensión de alimentación a través del propio conector, de 5 voltios.

Ventajas y desventajas[editar]

A pesar de su bajo costo y garantía, hay que tener muy presente que estos dispositivos de almacenamiento pueden dejar de funcionar repentinamente por accidentes diversos: variaciones de voltaje mientras están conectadas, por caídas a una altura superior a un metro, por su uso prolongado durante varios años especialmente en pendrives antiguos.

Las unidades flash son inmunes a rayaduras y al polvo que afecta a las formas previas de almacenamiento portátiles como discos compactos y disquetes. Su diseño de estado sólido duradero significa que en muchos casos puede sobrevivir a abusos ocasionales (golpes, caídas, pisadas, pasadas por la lavadora o salpicaduras de líquidos). Esto lo hace ideal para el transporte de datos personales o archivos de trabajo a los que se quiere acceder en múltiples lugares.

Las unidades flash son una forma relativamente densa de almacenamiento, hasta el dispositivo más barato almacenará lo que docenas de DVD en tamaño o los superan.

En condiciones óptimas, un dispositivo USB puede retener información durante unos 10 años.

Las memorias flash pueden soportar un número finito de ciclos de lectura/escritura antes de fallar, Con un uso normal, el rango medio es de alrededor de varios millones de ciclos. Sin embargo, las operaciones de escrituras serán cada vez más lentas a medida que la unidad envejezca.

Componentes[editar]

Usbkey internals.jpg
Componentes internos de una memoria USB típica

1 Conector USB
2 Dispositivo de control de almacenamiento masivo USB
3 Puntos de Prueba
4 Circuito de Memoria flash
5 Oscilador de cristal
6 LED
7 Interruptor de seguridad contra escrituras
8 Espacio disponible para un segundo circuito de memoria flash

Componentes primarios[editar]

Las partes típicas de una memoria USB son las siguientes:

  • Un conector USB macho tipo A (1): Provee la interfaz física 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 ROM.
  • Circuito de memoria Flash NAND (4): Almacena los datos.
  • Oscilador de cristal (5): Produce la señal de reloj principal del dispositivo a 12 MHz y controla la salida de datos a través de un bucle.

Componentes adicionales[editar]

Un dispositivo típico puede incluir también:

  • Puentes y Puntos de prueba (3): Utilizados en pruebas durante la fabricación de la unidad o para la carga de código dentro del procesador.
  • LEDs (6): Indican la transferencia de datos entre el dispositivo y la computadora.
  • Interruptor para protección de escritura (7): Utilizado para proteger los datos de operaciones de escritura o borrado.
  • Espacio Libre (8): Se dispone de un espacio para incluir un segundo circuito de memoria. Esto le permite a los fabricantes utilizar el mismo circuito impreso para dispositivos de distintos tamaños y responder así a las necesidades del mercado.
  • Tapa del conector USB: Reduce el riesgo de daños y mejora la apariencia del dispositivo. Algunas unidades no presentan una tapa pero disponen de una conexión USB retráctil. Otros dispositivos poseen una tapa giratoria que no se separa nunca del dispositivo y evita el riesgo de perderla.
  • Ayuda para el transporte: En muchos casos, la tapa contiene una abertura adecuada para una cadena o collar, sin embargo este diseño aumenta el riesgo de perder el dispositivo. Por esta razón muchos otros tiene dicha abertura en el cuerpo del dispositivo y no en la tapa, la desventaja de este diseño está en que la cadena o collar queda unida al dispositivo mientras está conectado. Muchos diseños traen la abertura en ambos lugares.

Secure Digital[editar]

SD-Logo.svg
Tarjetas SD, mini SD y micro SD (de arriba a abajo).

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 SDHC Speed Class 2.svg Class 2 (C2) - - Grabación de vídeo en definición estándar (SD)
4 MB/s SDHC Speed Class 4.svg Class 4 (C4) - - Grabación de vídeo en Alta definición (HD) [720p]
6 MB/s SDHC Speed Class 6.svg Class 6 (C6) - Video Speed Class 6.png Class 6 (V6)
10 MB/s SDHC Speed Class 10.svg Class 10 (C10) UHS Class 1.png Class 1 (U1) Video Speed Class 10.png 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 - UHS Class 3.png Class 3 (U3) Video Speed Class 30.png Class 30 (V30) 4K ficheros de vídeo a 24/30 fps (UHS bus)
60 MB/s - - Video Speed Class 60.png Class 60 (V60) 4K ficheros de vídeo a 60/120 fps (UHS bus)
90 MB/s - - Video Speed Class 90.png Class 90 (V90)
Clase de Perfil Velocidad mínima de escritura secuencial Mínima de lectura aleatoria Mínima de escritura aleatoria
Application Performance Class 1.png Class 1 (A1) 10 MB/s 1500 IOPS 500 IOPS
Application Performance Class 2.png Class 2 (A2) 4000 IOPS 2000 IOPS
Interfaz de bus Logotipo de la tarjeta Logotipo del bus Velocidad del bus Versión de especificaciones
Default Speed SD SDHC SDXC 12,5 MByte/s 1.01
High Speed 25 MByte/s 2.00
UHS-I SDHC SDXC I 12,5 MByte/s (SDR12)
25 MByte/s (SDR25)
50 MByte/s (SDR50, DDR50)
104 MByte/s (SDR104)
3.01
UHS-II II 156 MByte/s (FD156)
312 MByte/s (HD312)
4.00/4.10[1]
UHS-III III 312 MByte/s (FD312)
624 MByte/s (FD624)
6.0[2]

WEB comparativa de rendimientos de SD[editar]

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[editar]

Chip eMMC Samsung KLMCG8GEAC-B001. A la izquierda se observa el BGA de conexionado a la placa base

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.

Unidad de Estado Sólido[editar]

Tarjeta Estado Sólido (SSD) de un Asus Eee Pc 901 de 8 Gb (Mini PCI Express)
Un SSD estándar de 2,5 pulgadas (64 mm) de factor de forma.
Desensamblado HDD y SSD

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.

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.

Tecnología NAND Flash[editar]

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. 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.

Una 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.
  • 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.

El rendimiento de los 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 suficientes operaciones estén pendientes y la carga se distribuya uniformemente entre los dispositivos.

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

Ventajas y desventajas[editar]

Los dispositivos de estado sólido que usan flash tienen varias ventajas únicas frente a los discos duros mecánicos:

  • Arranque más rápido, al no tener platos que necesiten tomar una velocidad constante.
  • Gran velocidad de escritura.
  • Mayor rapidez de lectura, incluso 10 veces más que los discos duros tradicionales más rápidos gracias a RAIDs internos en un mismo SSD.
  • Baja latencia de lectura y escritura, con unos resultados cientos de veces más rápidos que los de los discos mecánicos.
  • Menor consumo de energía y producción de calor - Resultado de no tener elementos mecánicos.
  • Sin ruido - La misma carencia de partes mecánicas los hace completamente inaudibles.
  • Mejorado el tiempo medio entre fallos, superando 2 millones de horas, muy superior al de los discos duros.
  • Seguridad - permitiendo una muy rápida "limpieza" de los datos almacenados.
  • Rendimiento determinado: el rendimiento de los SSD es constante y el tiempo de acceso constante.
  • El rendimiento no se deteriora mientras el medio se llena.
  • Menor peso y tamaño que un disco duro tradicional de similar capacidad.
  • Resistente - Soporta caídas, golpes y vibraciones sin estropearse y sin descalibrarse como pasaba con los antiguos discos duros, gracias a que los SSD carecen de elementos mecánicos.
  • Borrado más seguro e irrecuperable de datos; es decir, no es necesario hacer uso del Algoritmo Gutmann para cerciorarse totalmente del borrado de un archivo.

Los dispositivos de estado sólido que usan flash tienen también varias desventajas:

  • Los precios de las memorias flash son considerablemente más altos en relación precio/gigabyte, la principal razón de su baja demanda. Sin embargo, esta no es una desventaja técnica. Según se establezcan en el mercado irá mermando su precio y comparándose a los discos duros mecánicos, que en teoría son más caros de producir al llevar piezas metálicas.
  • Después de un fallo físico se pierden completamente los datos pues la celda es destruida, mientras que en un disco duro normal que sufre daño mecánico los datos son frecuentemente recuperables usando ayuda de expertos.
  • Menor capacidad
  • Antiguas desventajas ya solucionadas:
    • Degradación de rendimiento al cabo de mucho uso en las memorias NAND (solucionado, en parte, con el sistema TRIM).
    • Menor velocidad en operaciones E/S secuenciales. (Ya se ha conseguido una velocidad similar).

Web comparativa de rendimientos de discos duros electrónicos SSD[editar]

En la web Pass Mark, podemos ver los rendimientos de los discos duros electrónicos SSD. Miles de usuarios mediante aportaciones desinteresadas con un software de prueba colaboran en el test.


Otra web UserBenchmark realiza una comparativa similar


Resulta interesante consultarla antes de adquirir un disco duro, aunque conviene consultar la fecha. Hay que tener en cuenta que no figuran todos los modelos.

Interfaces (Tipos de conexión)[editar]

Interfaz SATA de un disco duro
Conexionado SAS tipo SFF-8484-Kabel. Se observa un conector SAS para el disco duro y los cuatro conectores o líneas tipo SATA para el host o placa base

PATA[editar]

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:[editar]

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 600 MB/s el cual se está empezando a hacer hueco en el mercado.

NEARLINE-SAS[editar]

Suelen ser discos sata optimizados con firmwares para empresa con algunas mejoras. Llevan una cola de comandos de transacciones de datos mayor, permiten usar más de un canal de comunicación de forma simultánea y control por más de un host de forma simultánea. Los discos NL-SAS tienen la misma durabilidad que los SATA a nivel mecánico.

Comparativa: a la izquierda SSD con mSATA y a la derecha SSD con M.2 tipo B+M
SSD con interfaz PCIe

SAS[editar]

Es la actualización del SCSI. Disponen de una interfaz compatible físicamente con SATA, consumen menos energía, disponen de mejor rendimiento en condiciones de estrés que los discos SATA y ofrecen una fiabilidad mucho mayor tras un uso intensivo como el que se le puede dar en un servidor de carga media. También ofrecen posibilidad de llegar a mayores velocidades rotacionales debido a los procesos más afinados de su fabricación. Son mucho más duraderos que los NEARLINE-SAS. Utiliza un voltaje más alto para alimentarse y por tanto, el cable puede alcanzar un máximo de 10 m. La transmisión entre host y dispositivo SAS es dúplex, mientras que SATA es half duplex. Antes de adquirirlo se debe revisar la compatibilidad con la placa base. Versiones:

  • SAS-1: 3 Gbit/s (2005)
  • SAS-2: 6 Gbit/s (2009)
  • SAS-3: 12 Gbit/s (2013)
  • SAS-4: 22.5 Gbit/s (futuro)

PCIe [editar]

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.

Conector M.2 tipo M, factor forma compatible 2242 (22x42mm)/2260/2280/22110
conectores M.2 tipos B, M y B+M. M.2 para dispositivo (abajo) y placa base (arriba)

M.2[editar]

Es una especificación para la ampliación con tarjetas de expansión interna de ordenadores y sus conectores asociados. Sustituye al estándar mSATA. M.2 utiliza la ranura física PCI Express Mini Card y sus conexiones. 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:[editar]

  • 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:[editar]

  • 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)

Auditoría con S.M.A.R.T.[editar]

GSmartControl: informacion general de un disco

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[editar]

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)[editar]

  • SD Bus Speed. SD Association.
  • Plantilla:Cite web